行星车视觉导航与自主控制进展与展望

以视觉为主的行星车自主地形感知、导航、规划与控制系统是其安全高效探测的重要保障。本文通过对已成功开展和计划中的系列行星车任务导航与控制系统进行汇总，重点梳理了行星车多源地形感知、自主全局和局部导航、自主路径规划与控制等若干关键问题的进展情况，展望了未来自主化、智能化的发展趋势，并结合任务需求构建了行星车视觉导航与自主控制研究框架设想。     

Sulfur “concrete” for lunar applications – Sublimation concerns

Melting sulfur and mixing it with an aggregate to form “concrete” is commercially well established and constitutes a material that is particularly well-suited for use in corrosive environments. Discovery of the mineral troilite (FeS) on the moon poses the question of extracting the sulfur for use as a lunar construction material. This would be an attractive alternative to conventional concrete as it does not require water. However, the viability of sulfur concrete in a lunar environment, which is characterized by lack of an atmosphere and extreme temperatures, is not well understood. Here it is assumed that the lunar ore can be mined, refined, and the raw sulfur melded with appropriate lunar regolith to form, for example, bricks. This study evaluates pure sulfur and two sets of small sulfur concrete samples that have been prepared using JSC-1 lunar stimulant and SiO₂ powder as aggregate additions. Each set was subjected to extended periods in a vacuum environment to evaluate sublimation issues. Results from these experiments are presented and discussed within the context of the lunar environment.     

火星环绕器环火轨道的角动量管理方法

针对中国首次火星探测的任务需求和规划,结合环绕器质量特性和布局构型以及大椭圆轨道特性,分析了环绕器在环火飞行阶段所受的重力梯度力矩和光压力矩规律.空间干扰力矩累积导致飞轮转速上升,影响姿态机动能力,需要喷气卸载.为减少喷气卸载次数,在满足系统任务的基础上,设计了姿态偏置方案,利用光压力矩和重力梯度力矩相互抵消减少角动量...     

定时定点月面着陆全程轨道控制设计

针对定时定点月面着陆的目标要求,提出了全程轨道控制设计方法。进行了包括地月转移、近月制动、环月降轨和动力下降的全程轨道控制的分段设计和联合规划,实现在入轨轨道偏差条件下的定时定点月面着陆。分别构建了中途修正、近月制动、环月降轨三段轨道控制的规划变量和目标参数;根据轨道倾角建立了动力下降点与着陆点的匹配转换关系。设计了中途修正、近月制动、环月降轨、动力下降的全程轨道控制策略的联合规划。建立了着陆位置偏差与轨道倾角偏差、着陆时间偏差与轨道半长轴偏差的修正关系,修正设计了中途修正目标倾角和近月制动目标半长轴。仿真算例表明,在入轨偏差轨道条件下,保证了中途修正后的飞行轨道与标称轨道基本一致,实现了与标称状态基本一致的定时定点月面着陆。可应用于月球着陆、月球采样返回以及载人登月等实施月面定时定点着陆任务的轨道设计和控制实施。     

一种基于概率路线图的月球巡航车路径规划算法

为提高月球巡航车自主探测时的安全,提出一种基于概率路线图(Probabilistic Roadmap, PRM)的改进路径规划算法.该算法基于距离变换地图,改善PRM算法的采样方式,控制采样点远离障碍物,使规划的路径远离障碍物,避免紧贴障碍物前进的危险情况,提高了月球巡航车自主探测过程中的安全程度.为评估路径的安全性,提出安全警戒系数和最小安全警戒系数两个安全指标,并在月球表面仿真环境下对A*,PRM和改进的PRM算法生成的路径进行安全评估.结果表明改进的PRM算法相较于A*算法,安全警戒系数和最小安全警戒系数分别提升了2.20 m,1.00 m;相较于PRM算法,安全警戒系数和最小安全警戒系数分别提升了1.68 m,1.00 m.改进的PRM算法不局限于月球巡航车的路径规划,还可以应用于对路径安全性要求较高的探索机器人和自动驾驶汽车.     

一种基于纯天文观测的火星车自主导航方法

提出了一种基于纯天文观测的火星车自主天文导航新方法.该方法仅需利用由星敏感器视场内测量得到的火星卫星(火卫一、火卫二)和某一恒星之间的星光角距,结合火星车的运动模型,通过Unscented粒子滤波方法,即可获得高精度的火星车实时位置信息.计算机仿真结果表明了该方法的有效性,同时对几个关键的精度影响因素进行了仿真分析.      

月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术及性能分析

针对月球卫星工作模式多,功率需求变化大,自主控制能力要求高的特点,防止蓄电池出现欠充电、过充电,确保卫星供电安全,文章提出了以电子电量计控制为主、压力控制为辅的氢镍蓄电池在轨自主管理技术,包括充电控制模式、多模式多速率充电管理、全光照期充电管理和月食充电管理等内容,并给出了电池在轨测试情况。在整个任务飞行过程中电池以优异的性能在轨运行,实践证明月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术合理、有效。     

月球探测器着陆冲击试验的地面支持设备设计

月球探测器着陆冲击试验是验证探测器着陆机构性能的重要手段,而着陆冲击模拟试验设备是实现冲击试验的必要条件。文章给出了冲击试验对试验设备的功能要求,并针对其中的技术难点进行了分析,提出了解决方案,介绍了试验设备的组成、主要功能、关键部件的设计等;通过对释放装置、单梁吊具的载荷试验,及着陆冲击试验系统的联合调试试验,验证了该着陆冲击模拟试验设备设计的合理性和可靠性。     

“嫦娥三号”巡视器的最终状态管控实践

文章分析了“嫦娥三号”巡视器的特点,详细阐述了包括策划组织、要素分解、量化管控要求等在内的最终状态确认工作,并对这项工作进行了剖析、总结,可以作为其他航天器最终状态确认工作的参考。     

登月舱用深度变推下降级发动机系统方案研究

在我国的载人登月技术方案中,为实现软着陆,登月舱需要一种大推力、高性能、多次起动,能够大范围变推力的泵压式发动机.通过研究国外登月用下降级发动机技术发展现状和趋势,基于我国氢氧发动机和低温推进剂空间贮存水平,进行了深度变推发动机的系统方案研究;通过分析比对燃气发生器循环和膨胀循环系统优缺点,确定发动机系统方案为涡轮串联闭式膨胀循环;采用空间可长时间贮存的液氧/甲烷推进剂组合,可满足任务周期要求;根据推力深度调节时对各组合件性能要求,确定喷注器燃烧稳定技术和燃烧室身部传热技术是深度变推发动机研制的核心关键技术.