月球探测器鲁棒环形山检测及光学导航方法

针对月球探测器环形山检测方法受光照影响、鲁棒性差的问题,本文提出一种基于极大熵阈值三值化的鲁棒环形山检测算法。采用不同滤波核对图像进行去噪平滑,然后对处理后的图像进行极大熵阈值分割、将图像信息三值化,去除图像对光源的敏感性,同时最大程度保留图像信息;提出一种归一化多指标约束环形山匹配和拟合方法完成环形山提取,将环形山提取算法应用于光学导航中进行打靶实验验证算法实时性表现。仿真结果表明:与传统基于形态学或自适应边缘检测的方法相比,本文方法在较大尺度条件下提取出连续、光滑的环形山边缘,有效环形山数量提升35%以上,同时实时性更好、计算消耗降低40%;基于鲁棒环形山提取的光学导航算法实时性更好。

载人月球探测科学研究发展概述与趋势分析

月球是具有重要科学价值与战略价值的自然天体,开展载人月球探测,实现中国人首次登陆地外天体,将成为航天强国建设的重要标志。在载人月球探测过程中,可利用月球特殊条件及资源,开展有人参与的科学研究活动,获取月球科学、月基科学和月球资源利用等方面的研究成果。首先回顾了阿波罗计划、阿尔忒弥斯计划、嫦娥工程等月球探测任务,针对其中的科学研究任务实施情况及关键成果进行了总结,并分析了后续载人月球科学任务发展趋势。在此基础上,对人类在开展未来载人月球探测任务过程中重点部署的方向提出了建议,涉及月球样品采集、月球科学探测,以及月球原位资源利用等方面。对载人月球探测科学研究发展趋势的分析及建议,可为未来载人登月相关论证设计提供参考。

面向载人月球探测的确定性以太网应用研究

确定性以太网(时间触发以太网和时间敏感网络)是在传统以太网上增加时间同步、时间感知整形等机制,能够提供高可靠低时延的确定性通信服务的技术。确定性以太网在航天器中的应用,可以解决现有总线难以满足未来空间系统架构开放性、数据处理实时性和数据传输可靠性等应用需求的问题。对确定性以太网技术产生的背景、技术原理和发展现状进行分析,提出一种“先融合后增强”的推进步骤,即由时间触发以太网和时间敏感网络融合的架构逐步过渡到完整的时间敏感网络架构,为我国未来航天器信息系统数据总线的设计和实现提供思路。

载人月球探测混合云架构体系仿真系统研究

针对载人月球探测工程任务需求,设计了一种基于混合云架构的体系仿真系统,实现了辅助设计、方案验证和协助任务等功能应用。分别从任务设计和应用模式角度分析了体系仿真系统功能需求;根据需求给出体系仿真系统总体架构,采用仿真平台和仿真支持库统筹建设的方式,完成了系统开发与集成;提出了针对体系仿真系统建设涉及的体系建模、任务规划、推演展示、效能评估和系统联动与扩展关键技术实现方案;应用该系统实现了对典型载人月面活动场景的仿真,得到了关键参数模拟推演结果,验证了体系仿真系统各项功能有效性和正确性;最后给出了思考和展望。该体系仿真系统可支撑未来载人月球探测相关任务开展发展论证和综合评估验证,能够为同类系统开发提供方案参考。

基于模型的载人月球探测人机功能分配方法研究

针对载人月球探测任务飞行模式复杂、各阶段衔接紧密、活动间关联性强的特点,为确保人参与到系统中去,引入基于模型的系统工程(MBSE)对载人月球探测任务总体设计中人机功能分配进行设计与验证研究,提出了一种基于模型的载人月球探测人机功能分配方法。考虑载人月球探测活动中人机功能分配是一个不断反复、连续的决策过程,从人因需求指标体系出发,引入MBSE阐述载人月球探测任务系统建模方法,并基于系统模型实现月面科考载人月球车驾驶场景下的人机(航天员-月球车)功能分配合理化。通过模型化载人月球探测人机功能分配过程,合理分配人、机作业,使航天员处于合适的工作负荷状态,以简化系统设计、操作的复杂性,提高整个系统的机动灵活性和安全可靠性。

载人月球探测飞行器综合电子系统技术发展研究

针对载人月球探测飞行器数据种类多、数据量大、数据分布远的特点和高可靠性数据通信要求,通过调研国内外航天器综合电子系统发展趋势和系统分析载人月球探测任务的研制需求和技术特点,秉承网络一体化、计算通用化、执行集成化、软件APP化的设计理念,提出了全新的“统一管理-区域执行”两层分级控制综合电子系统架构,对高性能计算、时间触发网络、高集成采集驱动、分时分区操作系统等关键技术的研究目标和实施途径进行了详细阐述,应用于载人月球探测飞行器综合电子系统设计后,将有效提升自主健康管理和任务规划能力、功能密度、设计可靠性及有人参与的闭环控制能力。

面向载人月球探测的航天员-多机异构群联合探测方案

针对载人月球探测的特殊性,对未来载人月球探测的任务需求和功能需求进行了分析。根据人机特点对人机功能分配进行论证,优化月面活动系统配置,提出了“双人一车多机”异构群联合探测的人机系统方案;针对环境巡视探测、月面资源利用、基础设施建设三类任务需求,建立了多模式人机联合探测流程规划,充分发挥人和机器人的优势,可满足全地形多功能探测作业的应用需求;最后,提出了月球车和机器人的需求及方案设想。研究成果可为后续载人月球探测提供参考依据及技术基础。

美月球探测开发新动向

为了解美月球探测开发情况,对美国阿尔忒弥斯计划、军方及商业探月活动的新动向进行研究:从整体思路、技术指标、商业航天、盟友协定等方面分析阿尔忒弥斯计划的进展和特点;从地月空间布局以及态势感知、定位导航、机动推进、原位资源利用等技术进展方面分析美军方探月动向。近年来,美国宣布重返月球,开展一系列月球探测开发活动,推动新一轮探月热潮。美国当前的探月活动具有聚焦国际准则塑造、聚焦商业航天开发、聚焦先进技术发展、聚焦前沿军事应用等特点。

“载人月球探测月面机器人技术”专刊编者按

2023年,中国载人月球探测工程登月阶段任务已启动实施,计划于2030年前实现中国人首次登陆月球。重返月球、开发月球资源、建立月球基地已成为世界航天活动的必然趋势和竞争热点。月面机器人具有环境适应性好、工作时间长和安全性高等特点,可以辅助航天员开展更长时间、更广区域的月面作业。未来,月面机器人将在人机联合作业、月面科学探测、原位资源利用和月面设施建造等任务中发挥重要作用。

月球探测激光传能系统仿真软件设计

根据月球探测对激光无线能量传输的应用需求,提出了月球轨道和月面科研站激光传能两种应用模式,进行了激光无线能量传输仿真软件的需求分析,搭建了激光传能仿真软件架构,进行了全链路激光传能系统建模和仿真软件设计。另外,以月球极区永久阴影区探测为应用背景,进行了1 km距离、300 W电功率的激光传能系统仿真,并依据仿真结果进行了月面激光传能系统设计。该仿真软件的设计开发,可以为激光传能系统的设计提供理论依据和设计参考。

月球探测中继通信系统发展综述与展望

随着月背及月球两极着陆探测任务和载人登月任务的规划实施,探测中继通信需求不断提升,月球中继通信系统的构建逐渐成为研究热点。本文在概述国内外月球中继通信卫星系统研究现状的基础上,从任务需求和轨道类型两方面梳理了月球中继卫星系统的构型设计及特点,从需求角度出发,系统说明了环月轨道和平动点轨道架构布设的优缺点。最后,本文章对月球中继卫星系统的未来发展进行了展望,为未来我国月球与深空探测任务提供参考。

美国商业公司的月球探测器成功着陆月面

2024年2月23日,美国直觉机器公司(Intuitive Machines)的“奥德修斯”(Odysseus)着陆器在月球南极附近的马拉柏特A(Malapert A)环形山软着陆,成为全球有史以来首个着陆月球的商业探测器,以及美国自“阿波罗”计划结束50多年以来首个着陆月球的探测器。

载人月球探测轨道设计的挑战与技术发展趋势

轨道设计是载人月球探测工程中的一个重要问题,直接影响工程实施的效果、甚至成败。本文概述了载人月球探测工程中涉及的飞行轨道,指出了轨道设计所面临的三方面挑战,即飞行轨道方案、轨道设计效率、任务全局最优化的挑战;简要介绍了国内外载人月球探测轨道设计的研究进展;提出了当前载人月球探测轨道设计需要重点突破的几个关键技术问题,包括一体化轨道设计与优化、应急任务轨道设计、地月空间任务高鲁棒性轨道设计、月球轨道空间站的轨道设计和地月空间轨道通用设计软件等问题。

载人月球探测任务大气环境压力制度设计与试验验证

针对载人月球探测任务连续出舱需求,综合人体生理学和工程技术要求,兼容国内外当前在用的舱外服压力体制,提出双服压、低服压压力制度建议,以实现连续每日出舱。对压力制度安全性进行试验验证,选取19名健康志愿者,分为4组,其中15名男性志愿者平均分为3组,4名女性志愿者分为1组;利用密闭实验舱模拟载人月球探测任务全包络压力环境,开展了7轮次、每轮次为期9 d、连续4 d、每日8 h全负荷模拟出舱活动的密封舱试验。试验结果表明:2种压力制度方案均无减压病发生,也未观测到回心血流气泡,能够有效防护减压病。

月球探测器飞越多小天体的拓展任务设计

为充分利用月球探测任务完成后的探测器,提出控制其从环绕月球或地球的轨道出发开展多个小天体飞越探测拓展任务。结合月球探测任务完成后的探测器飞行状态,重点分析了逃逸月球或地球的能量需求,以及小天体飞越探测的其他必要条件,如小天体亮度、星载设备能力约束等。研究了小天体目标确定和转移轨道设计方法,针对小天体目标众多引起的搜索空间和计算量大、多目标序列优化复杂等问题,设计了小天体目标多层择优搜索算法。以嫦娥五号为例,搜索得到了多个可行的小天体飞越探测方案,结果表明在给定约束下可以交会最多5个小天体,包括尺寸较大的小行星12923。研究结论可直接用于嫦娥五号拓展任务,并为后续月球和小天体探测任务提供有益参考和借鉴。

载人月球探测序列任务组合仿真设计与试验

针对载人月球探测序列飞行任务仿真需求,提出采用一套模型和一个仿真平台实现多个序列飞行任务的组合仿真设计。根据基于地月空间站的无人绕月飞行、地月空间站部署、载人环月飞行和载人登月飞行4类序列任务特点,抽象出通用动力学、自由返回地月转移规划、一般地月转移规划、GNC、测控通信等通用化仿真模型,设计了dSIM仿真平台,采用分布式仿真中间件、标准化模型规范和可视化模型组合等技术,将仿真模型通过平台组合形成具备4种任务仿真功能的仿真系统。采用建立的仿真系统对载人月球探测序列飞行任务进行了仿真,仿真结果表明组合化设计思想能够适应序列飞行任务仿真。

载人月球探测科学目标及着陆区选址建议

聚焦月球探测和应用的前沿科学问题,基于载人航天和月球探测的技术能力以及月球与行星科学研究水平,围绕月球科学研究、月基科学研究和资源勘查利用3个方面,提出了载人月球探测任务的科学目标,包含9个顶层目标和38个具体目标。依据科学目标和国内外载人月球探测着陆区选择现状与发展趋势,提出了我国载人月球探测着陆区选择基本原则和流程。结合科学价值和载人登月任务的工程实施条件,提出了30个精选着陆区,并给出了后续确定着落区地址需考虑的因素。科学目标和着陆区选址建议是载人月球探测工程的重要牵引和顶层输入,将为工程的方案设计和后续实施提供支撑。

载人月球探测月面通信网总体架构及关键技术研究

针对载人月球探测的月面通信网总体架构该如何规划、关键技术该如何部署的问题,调研分析了国际航天强国对地月空间通信系统发展规划趋势。对载人月球探测活动特点和月面多节点间组成月面通信网的需求进行了分析,并在此基础上提出了一种适用于未来月面通信网的总体技术架构。在总体架构设计的基础上,对月面通信网的建设需求进一步细化,并对照地面移动通信技术,分析了相关问题和解决途径,梳理得到了月面通信网建设需要的关键技术,并给出了发展研究建议,提出了基础的通信协议框架,最后对未来的发展方向进行了展望。

日本发射“白兔-重启-任务1”,拉开全球商业月球探测序幕

2022年12月11日,日本i太空公司(ispace)的首次商业月球着陆任务——“白兔-重启-任务1”(HAKUTO-R-M1,简称白兔-R-M1)搭乘猎鹰-9 (Falcon-9)运载火箭发射升空,预计将于2023年4月在月球着陆。白兔-R是ispace公司研制的商业月球着陆器,以将用户的有效载荷交付至月球表面为主要目的,此次任务的用户包括阿联酋穆罕默德·本·拉希德航天中心(MBRSC)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)、商业公司等。白兔-R-M1是全球首次以商业目的为核心的月球探测任务,正式拉开了商业月球探测的序幕。

韩国首次月球探测任务分析

2022年12月28日,韩国首个月球探测器——“达努里”(Danuri)在成功抵达月球之后,拍摄了令人惊叹的“地出”(Earthrise)照片,显示出月球的坑洼表面以及位于远处的地球。自此,韩国成为全球第七个成功实施月球探测任务的国家或地区,也是第四个成功实施月球任务的亚洲国家。