考虑月球扁率修正的月球卫星自主导航

针对月球扁率对月球紫外敏感器的月心方向矢量确定的不利影响,研究了月球紫外敏感器的测量原理和敏感到月平边缘时满足的几何约束,提出了一种考虑月球扁率的月心矢量确定方法。并进一步的结合地球敏感器和太阳敏感器的测量信息,研究了基于日地月方位信息的月球卫星自主轨道算法,并评估了月球方位确定算法对导航精度的影响。仿真结果表明,在太阳敏感器、地球敏感器和月球敏感器的精度分别为0.02°(3σ)、 0.05°(3σ) 和0.1°(3σ)的假设下,考虑月球扁率修正的月球卫星的自主导航位置精度能达到300m(3σ),导航速度误差能达到0.6m/s(3σ), 从而保证了环月卫星的导航精度。     

月球基地结构形式设想

月球基地建设是载人航天、深空探测技术发展的一个重要方面。根据月面环境特点和航天工程需要,对充气式结构和硬式结构的月球基地结构形式进行了分析,讨论了两种结构形式的优势和不足,并提出了基于两种结构形式的组合型月球基地的设想,为将来月球基地的建设提供参考。     

深空探测器多次引力辅助转移轨道全局搜索

介绍行星引力辅助近似模型,包括近行星点无动力和有动力两种方式;采用开普勒轨道拼接法与双脉冲Lambert算法,建立多次引力辅助转移轨道的参数优化模型;通过广度优先搜索算法对引力辅助行星序列进行穷举,对发射窗口和天体间转移时间进行离散化网格搜索,每一步网格搜索后均采用合理的定界剪枝方法,减少后续计算量。这种全局搜索方法不需要提前指定引力辅助行星序列,并可得到对应不同飞行时间以及不同引力辅助次数的搜索结果,获得若干多天体引力辅助转移轨道初步结果,为进一步局部优化设计奠定基础。文章给出几组全局搜索算例,得到从地球到火星、木星和土星的多次引力辅助转移轨道,验证了全局搜索方法的有效性。     

低太阳高度角月球影像的陨石坑自动提取方法

陨石坑是月球表面最重要的地形特征,对于研究月球的地质状况和地理状况具有重要的意义。充分考虑低太阳高度角影像中陨石坑特殊的拓扑结构和灰度分布特点,提出一种新的基于光照方向的陨石坑边缘连接方法,综合边缘线判别、边缘线组合、陨石坑判别的陨石坑筛选三步法,形成一套完整的低太阳高度角月球影像陨石坑自动提取流程。用低太阳高度角Lunar Orbit影像进行实验,检测成功率达到了73.9%,表明该方法对于低太阳高度角月球影像陨石坑的自动提取有较好的适用性。     

登月舱上升段最优轨迹设计

为了实现登月舱上升段轨迹的优化,建立了上升段登月舱动力学模型,用单位归一化技术建立了最优控制模型,并以燃料消耗为最优指标,利用Pontryagin极小值原理,将问题转化为时间自由的两点边值问题 TPBVP 。采用了一种基于初值预估方法和向前扫描法求解TPBVP,从而设计出登月舱上升段最优轨迹,并进行了数值仿真。仿真结果表明所设计的算法收敛速度快、可靠性高。     

火星及其环境

火星环境类似于地球,而探索其生命存在是重大的科学任务。在火星探测中,对火星及其环境的了解与研究是重要的任务目标,事关探测任务的成功实施。文章对国外火星探测已发布的成果进行收集和整理,其中包含大量的相关数据。这些知识和数据是火星探测任务设计的输入条件,可为我国火星探测计划的制定提供参考依据。     

月球重力场环境对月球卫星轨道影响分析

文章分析了月球复杂的重力场环境对月球卫星轨道运行的影响。通过月球卫星冻结轨道与地球卫星冻结轨道的对比分析,结果表明月球重力场存在较大异常,并由此引起月球卫星轨道发生较大漂移。另外,月球冻结轨道在带谐项影响下还存在中等周期的漂移,仅简单考虑带谐项系数无法求得完美的月球冻结系数。由于月球重力场异常对绕月卫星的影响与地球轨道卫星情况相比存在很大差异,因此月球轨道卫星的长期运行与控制策略的设计必须充分考虑此影响。     

空间机构集成技术的发展及建议

空间机构集成技术对空间机构的可靠性至关重要。随着大型桁架展开机构、大面积柔性太阳电池阵、长寿命高性能伺服机构、大型空间机械臂、空间智能探测器等新型部件的出现,对空间机构集成技术提出了新的要求,使得空间机构集成技术日益成为制约空间机构技术发展的难点之一。文章对目前空间机构集成技术的现状和发展需求进行分析,指出重点发展的方向并提出发展建议。     

基于重力储能的太阳能飞机飞行轨迹研究

基于重力储能原理,研究了太阳能飞机变高度飞行轨迹及其应用效果。描述了变高度轨迹的具体组成部分及各部分的运动方式,建立了各部分轨迹和时间节点的物理数学模型,提出了适用于变高度轨迹的太阳能飞机总体参数设计方法。得到了给定设计指标下的飞行轨迹和需用功率曲线,并与定高度轨迹对比,研究了相关技术参数对变高度轨迹应用效果的影响。研究结果表明：变高度轨迹可以有效减小储能电池放电时间和机翼面积;对于不同设计高度均存在最优的爬升高度,使得机翼面积最小;设计高度越高,设计日期越偏离夏至日,储能电池能量密度越小,推进系统功重比越大,变高度轨迹的应用效果越明显。     

Modeling gravity effects on water retention and gas transport characteristics in plant growth substrates

Growing plants to facilitate life in outer space, for example on the International Space Station (ISS) or at planned deep-space human outposts on the Moon or Mars, has received much attention with regard to NASA’s advanced life support system research. With the objective of in situ resource utilization to conserve energy and to limit transport costs, native materials mined on Moon or Mars are of primary interest for plant growth media in a future outpost, while terrestrial porous substrates with optimal growth media characteristics will be useful for onboard plant growth during space missions. Due to limited experimental opportunities and prohibitive costs, liquid and gas behavior in porous substrates under reduced gravity conditions has been less studied and hence remains poorly understood. Based on ground-based measurements, this study examined water retention, oxygen diffusivity and air permeability characteristics of six plant growth substrates for potential applications in space, including two terrestrial analogs for lunar and Martian soils and four particulate substrates widely used in reduced gravity experiments. To simulate reduced gravity water characteristics, the predictions for ground-based measurements (1 − g) were scaled to two reduced gravity conditions, Martian gravity (0.38 − g) and lunar gravity (0.16 − g), following the observations in previous reduced gravity studies. We described the observed gas diffusivity with a recently developed model combined with a new approach that estimates the gas percolation threshold based on the pore size distribution. The model successfully captured measured data for all investigated media and demonstrated the implications of the poorly-understood shift in gas percolation threshold with improved gas percolation in reduced gravity. Finally, using a substrate-structure parameter related to the gaseous phase, we adequately described the air permeability under reduced gravity conditions.