嫦娥六号开启世界首次月球背面采样返回之旅

[本刊讯]2024年5月3日17时27分,嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射,之后准确进入地月转移轨道,发射任务取得圆满成功。嫦娥六号探测器开启世界首次月球背面采样返回之旅,预选着陆和采样区为月球背面南极-艾特肯盆地。长征五号遥八运载火箭飞行约37分钟后,器箭分离,将嫦娥六号探测器直接送入近地点高度200千米、远地点高度约38万千米的预定地月转移轨道。

推倒重来,美欧火星采样返回任务命运未卜

7月初,欧空局负责的火星采样返回(MSR)任务地球返回飞行器通过了关键设计评审。然而,早在5月份,美国宇航局宣布,针对火星采样返回任务,将在自身机构内部和美国航天界、盟友航天单位中广泛征集更多“创新设计”,以便确认总体架构,节约成本和时间,早日在地球上迎来火星样本。

月球采样返回趣事

说起月球采样返回,人类经历了一个相当复杂的过程。除中国外,曾经的两个航天大国美国和苏联也都有过成功采样返回的经验。带一把勺子去月球第一个在月球采样成功的航天器,是美国在1967年4月17日发射的勘探者3号月球着陆器。这是美国第二个软着陆成功的月球探测器,它携带了一把勺子——确实是一把叫做“表层土壤采样勺”的设备。

人类首次月球背面采样返回“嫦娥”六号任务综述

“嫦娥”六号任务是人类首次月球背面采样返回任务,也是我国建设航天强国、科技强国进程中取得的又一标志性成就。阐述了“嫦娥”六号任务工程目标和科学目标,从主要指标、工程系统组成和任务载荷等方面概述了任务总体方案,分析了在大系统中引入“鹊桥”二号中继星支持月球背面与地面测控站后导致的任务实施难度显著增加等任务特点与挑战,并与我国首次地外天体采样任务“嫦娥”五号进行了对比,从科学价值、工程能力突破、国际合作等方面总结了“嫦娥”六号任务的创新之处。

嫦娥六号:开启人类首次月背采样返回之旅

2024年5月3日,嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射,准确进入地月转移轨道,发射任务取得圆满成功。嫦娥六号探测器开启世界首次月球背面采样返回之旅,预选着陆和采样区为月球背面南极-艾特肯盆地。5月8日,嫦娥六号探测器在制导、导航与控制(GNC)系统的全自主操控下,成功实施近月制动,顺利进入环月轨道飞行(图1)。

嫦娥六号发射任务圆满成功 开启月球背面采样返回之旅

5月3日17时27分,嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射,之后准确进入地月转移轨道,发射任务取得圆满成功。嫦娥六号探测器开启世界首次月球背面采样返回之旅,预选着陆和采样区为月球背面南极-艾特肯盆地。

嫦娥六号月背采样返回 开创探月历史新纪元

2024年6月25日14时07分,嫦娥六号返回器携带人类首份月球背面样品,准确着陆于内蒙古四子王旗,任务取得圆满成功。嫦娥六号史诗之旅,创造了人类历史上首次月球背面采样返回的新的纪录。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平代表党中央、国务院和中央军委致电祝贺探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功。

小行星采样返回任务的选址方法进展与启发

针对小行星采样返回任务,回顾不同小行星采样选址任务中的选址方法,阐述日本的隼鸟二号和美国的奥西里斯号采样返回任务中从初选采样区中选出最终采样区L08-E1和夜莺区的流程、采样选址涉及的工程和科学价值因素的分析方法与采样选址结果,并介绍了其他小行星附着任务的选址过程;对不同小行星采样返回任务的选址方法进行了对比分析与归纳,阐释了隼鸟二号和奥西里斯号采样选址所用到的载荷、选址方法以及得到的选址结果,并对选址方法进行对比分析,可作为今后小行星采样返回任务中采样选址方法的参考。结合我国小行星探测任务规划,展望了今后小行星采样返回任务中的选址方案。

月球探测软着陆与采样返回段弹道确定

针对月球探测中软着陆与采样返回段弹道计算问题,提出用数值逼近弹道确定方法。通过B样条对探测器状态进行建模,进而综合全弧段数据进行统计定轨的方法。由于样条法良好的数值逼近性能,使得该方法对探测器弹道异常复杂情况下的状态确定较为有效。对嫦娥三号探测器动力软着陆弧段进行了仿真与实测数据处理。分析了采样返回段的基本动力学与控制特征,为后续的嫦娥五号探测器的软着陆及其采样返回提供初步的可行弹道计算方法。在嫦娥三号探测器动力落月段实测数据处理中,通过评估,该段弹道确定精度优于100 m,其弹道末点与NASA的月球勘测轨道器(LRO)给出的结果差异优于50 m,证实了文章提出的软着陆弹道确定方法的有效性。

小行星探测及采样返回任务电推进系统方案设计

离子电推进具有高比冲、长寿命、多工作点可调的优势,能够很好的适用于小行星探测器巡航阶段主推进任务,可以大幅提升探测器的有效载荷比和空间进入能力。通过调研国外电推进在深空探测任务中的应用情况,结合我国小行星探测任务规划,在充分借鉴国外成功经验和全面继承我国电推进研制经验的基础上,依据任务需求,对可选用的多种电推进系统开展了对比分析,可以看出离子电推进系统具有显著优势。在此基础上,以既定任务为例,设计了不同配置的小行星探测离子电推进系统方案,对比分析了各方案的优劣势,最后对小行星探测离子电推进的关键技术进行了分析讨论。研究结果将为我国小行星探测任务提供参考。

典型采样返回探测器的进入减速着陆系统分析

通过对典型的采样返回探测器(星尘号和起源号)的研究分析,总结归纳了采样返回探测器进入减速着陆系统的特点,特别是对探测器的气动外形布局、返回轨道设计、防热材料选择、降落伞系统设计等进行了分析,可以为下一步开展月球采样返回任务提供一定的参考。

一种用于采样返回的两舱段联合供电技术研究

针对采样返回深空探测任务供电需求复杂、质量约束严酷的特点,文章提出了一种两舱段复用蓄电池组和放电调节器模块的联合供电技术,建立了两舱段联合供电工程仿真模型。对典型联合供电工况进行了仿真分析,并搭建了试验平台开展试验验证,试验数据与仿真结果具有较好的一致性,验证了设计方案的可行性,可为后续多舱段组合航天器联合供电系统方案设计提供参考。

主带小行星采样返回任务中的离子电推进应用方案

由于离子电推进的高比冲特性,采用它执行小行星探测器巡航阶段轨道机动任务时,将使探测器在同样的有效载荷下的发射重量大大减轻。针对我国规划中的主带小行星采样返回任务,调研了国外离子电推进在深空探测任务中的应用情况,在借鉴国外成功经验和任务需求分析的基础上,设计了主带小行星探测器离子电推进系统方案和应用策略,计算了在目前离子推力器寿命水平下,既定探测任务对离子电推进推力、比冲、推进剂量以及功耗需求。研究表明,目前研制的离子推力器可以满足规划中的主带小行星探测任务需求。研究成果对探测器的方案设计有参考价值。

一种三元结构的火星采样返回任务方案分析

介绍了目前国外提出的一种三元结构的火星采样返回任务方案,整个方案分3次发射,分别发射漫游车、着陆器和轨道器,每次发射间隔为4年,最终目的是将火星样品带回地球。该方案的优势在于,通过3次发射分别完成漫游车巡视勘察、着陆器现场探测、轨道器数据中继和在轨探测,最终综合完成火星采样返回,能够极大地缓解项目进度和资金压力,充分利用每次发射窗口分步骤完成探测任务。文章重点对方案涉及的关键技术进行了分析,包括样品获取与封装、行星保护、精准着陆、漫游车的危险规避能力和移动性、火星上升器、交会与样品捕获、地球再入器技术等;对方案的前景和优势进行了探讨,并给出几点启示,如精准着陆或成为今后行星探测着陆方式的新趋势,火星采样返回任务将是人类火星探测的里程碑,今后的深空探测任务趋向国际合作模式等。

一种深空粒子采样返回探测器构型设想

以太阳风粒子、深空尘埃等为目标的采样返回探测任务是空间科学与深空探测研究的热点方向之一。对"星尘号""起源号"两个典型采样返回探测器的构型进行了分析,并梳理了其主要构型特点。结合我国月地高速再入返回飞行器的构型特点,提出了一种深空粒子采样返回探测器构型的设想:总体构型由长方形主体和流线型返回器组成,主体构型适应于承载返回器和其他装器设备,返回器构型适应于样品收集和再入返回气动外形。设计方案采用了充气式采样器进行粒子收集,具有体积小、重量轻、折叠效率高、展开可靠、工程实施简单等特点,并采用了可重复收拢展开的太阳翼,能够适应收集不同类型深空粒子的需求。

月面无人自主采样返回任务动力下降点确定及验证

动力下降点确定是实施月面软着陆的重要环节,是多系统间复杂迭代的过程,涉及轨道设计、制导律设计、着陆目标的采样区确定、着陆及起飞安全分析。其设计结果直接影响了最终着陆点的位置和着陆过程的着陆安全,也间接影响采样安全和采样工程目标的实现结果。针对嫦娥五号在实施月面软着陆前确定动力下降点的任务需求,提出了通过多次轨道控制与最优标称制导轨迹搜索联合控制策略的动力下降点确定方法。首先,根据月面无人自主采样返回任务设计总结了动力下降点确定原理和约束条件;然后,详细论述了月面无人自主采样返回任务软着陆过程动力下降点确定方法;最后,通过嫦娥五号在着陆前主要的几次轨控实施结果分析了其对动力下降点的影响,同时综合了着陆区地形分析及着陆、起飞安全性分析,对动力下降点进行确定并根据最终在轨飞行结果进行验证。验证结果表明,基于“逐次逼近寻优方法”的月面软着陆环节动力下降点的确定方法有效,可以为后续地外天体软着陆等任务提供参考和借鉴。

差分VLBI技术在采样返回任务中的应用

针对采样返回任务中多探测器精密短弧定轨问题,研究了甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)技术在两探测器间的交替观测模式、2π模糊度解算方法和数据差分处理方法,给出了星载信标的设计原则和方案。利用日本SELENE探月卫星的两个小卫星R-star和V-star的同波束VLBI相关相位生成了交替VLBI相位观测量,对其进行了差分处理求解差分时延,然后利用差分时延和测速测距数据进行定轨计算。对差分时延的分析表明,交替VLBI差分群时延RMS值为46 mm,测量精度与同波束VLBI差分群时延相当;交替VLBI差分相时延RMS值为1.6 mm,测量精度与同波束VLBI差分相时延相当。定轨结果表明,交替VLBI在进行多探测器的短弧定轨时能达到同波束VLBI相当的精度。

国外无人采样返回任务概述

采样返回任务是指在地球之外的空间进行采样并将样品返回地球的探测器任务,可以通过多种方式来收集和保存样品,包括使用捕捉太阳风或彗星粒子的收集器阵列,挖掘和开采土壤、岩石,以及其他可能获取样品的方式。采样返回任务带回的样品一般为太阳风、彗星粒子,或者尘埃和岩石等。

月球采样返回飞控任务多目标协同规划设计

基于月球采样返回任务飞行过程复杂、四器多组合模态协同控制复杂、多类约束关联组合复杂、多种关键控制密集难点,提出了月面采样返回飞行控制任务多目标协同规划设计,确保多目标在轨密集指令与各类型测控资源安排协同有序。分析了月球采样返回与以往月面软着陆和近地交会对接任务的继承差异,设计了复杂多目标器间代传上行控制关系描述、多目标测控资源分配和多目标事件规划方法。“嫦娥五号”在轨任务飞行控制应用表明所作设计是合理可行的。

美国成功发射毅力号火星车,迈出火星采样返回第一步

“火星2020”(Mars 2020)是美国国家航空航天局(NASA)的一项火星巡视探测任务,于北京时间2020年7月30日19:50由宇宙神-5-541(Atlas-5-541)运载火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射。该任务的科学探测目的为探寻火星过去的宜居条件,探索火星表面远古的生命痕迹,并采集火星岩石和土壤样品,将其存储在容器中,供未来的火星采样返回任务带回地球。“火星2020”探测器携带毅力号(Perseverance)火星车,将于2021年2月18日着陆火星表面,工作时间为至少1个火星年(687个地球日)。