“月球科研站能源系统技术”专刊发刊词

月球是地球唯一的天然卫星,也是距离地球最近的自然天体。它是人类研究生命、太阳系和宇宙“三大起源”的重要途径,是探索和利用外太空的首选目标,也是迈向更远深空的中转站。在过去的近20年间,我国探月工程“六战六捷”,月球探测取得了举世瞩目的成就。我国依靠自主创新走出了一条具有中国特色的月球探测发展之路,跻身世界月球探测先进行列。2016年,我国首次提出建设国际月球科研站的构想,通过联合国际伙伴“共商共建共享”,在月球表面与月球轨道上建设和运营长期自主运行、短期有人参与,可扩展、可维护的综合性实验设施,迄今已经得到了20余个国家和国际组织的积极响应和参与。建设国际月球科研站是推动我国深空探测跨越式发展的重要选择,是打造全球科技创新高地的重大举措,是应对大国竞争博弈的重要手段,是构建人类空间命运共同体的重要支撑。

国际月球科研站资源利用发展路线战略构想

以中国倡导的国际月球科研站总体架构和创新发展需求为依据,对月球环境、位置和物质3类广义资源的内涵概念进行了梳理和界定,对资源利用活动及高价值利用方法进行了分类研究,对月球资源利用关键技术问题以及工程实施准则进行了剖析,提出了近-中-远三期月球资源综合利用的发展目标和发展路线构想。本文的研究成果,可为相关任务论证设计和有针对性的科学技术预先研究提供参考。

月球科研站能源系统关键技术及发展趋势

该文调研国外月球科研站能源系统研究现状,在未来月球科研站总体框架下,对我国未来月球科研站能源系统能力需求进行研究和分析,提出能源系统总体目标、建设阶段和总体思路,按照局部能力提升、全面任务能力提升、长期维护和功能拓展3个阶段开展需求分析,提出“集成化设计、模块化构建、智能化运行、数字化研制”的研制理念;按照“工程验证、技术突破、创新引领”的标准对能源技术进行划分,针对性的分类提出解决途径和发展策略;对近场/远场无线能量传输技术、高效轻质热电转换技术、核反应堆发电与防护技术、大规模储能阵列技术、空间燃料电池技术、月面电网系统构建与管理技术等,分析应用场景,提出应用指标,并给出实施建议。在此基础上,提出大型、中型和小型3种规格的能源系统概念设想,并对其进行简要比较和分析。

基于MBSE的月球科研站任务分析

月球探测完成“绕落回”三步走后,从单点短期探测向建设月面基础设施的月球科研站长期探测转变,给月球探测任务的规划论证、总体设计、系统研制和在轨探测等提出了更高要求。采用基于模型的系统工程(MBSE)思想,提出基于模型的月球科研站系统分析正向流程,以系统模型为载体深入剖析任务总体、任务使命需求和任务应用场景。通过开展基于模型的月球科研站任务分析,初步实现了月球科研站任务分析过程正向化、设计要素定义全量化、设计要素之间的关联表达显性化、月球科研站工程总体单位下发的研制要求有源化。

嫦娥五号任务再入返回段测控总体设计与实现

针对探月工程三期嫦娥五号任务再入返回段测控任务要求,梳理出轨返分离点测定轨预报、轨返分离前天地校时、初次再入及二次再入关键任务弧段的跟踪测控等主要技术难题,并给出了相应的解决方案,确保了在轨道器与返回器分离(轨返分离)前定轨并预报1 h至分离点,径向、切向和法向三个方向上的位置精度均优于1000 m,速度精度均优于0.5 m/s的测定轨预报要求以及1 ms的校时精度要求,构建了几乎连续覆盖的再入返回测量链,并通过获取的各类遥外测数据对返回器落点进行了预报,精度为1 km量级。任务实践充分表明,测控系统的方案稳妥可靠,有效确保了任务的圆满成功,并可为后续开展小行星采样返回、火星采样返回等任务提供重要技术参考。

我国月球科研站建设运营的商业化思考

我国探月工程完成“绕、落、回”三步走战略规划后,已经跨入一个新阶段,即建设月球科研站阶段,未来旨在推进应用型月球科研站建设。为充分利用传统航天活动的相关经验,发挥商业航天在创新技术、产业市场、低成本控制等方面的相对优势,把各方面的优势技术和产品资源整合起来,提高投资效益、降低实施风险,共同推进月球资源开发利用的可持续发展。本文重点梳理国外月球探索过程中的商业化场景,然后提出在我国月球科研站建设运营过程中引入商业化力量,提高月球科研站建设运营的总体效能和建设水平。

“嫦娥五号”任务总体方案权衡设计

针对月球采样返回任务要求,基于我国运载火箭研制进展、探月工程一期、二期技术基础,对探测器的总体方案、功能模块组成、发射方式、飞行过程等方面进行多方案多轮迭代权衡分析,并逐步优化,最终确定了“嫦娥五号”(Chang’E-5,CE-5)探测器模块组成、主要飞行过程。工程在轨结果充分证明了该方案符合我国探月工程发展规划和航天技术发展的预期,是先进可行的,设计过程采用的NAFVO(Need Available Feasible Viable Optimal)权衡设计方法可为复杂大型航天工程方案的设计提供有益的借鉴。

光学技术在中国月球和深空探测中的应用(特约)

光学技术在中国探月工程与首次火星探测工程应用显著:一半以上的科学载荷属于光学遥感载荷;在自主导航、测控、监视、交会对接等工程实施上也应用广泛。文中简要回顾了中国探月工程已实施的历次任务、正在实施的探月工程三期和首次火星探测工程,以及光学技术应用取得的主要成果,介绍了中国未来对月球、火星、木星和小行星等探测任务的规划,分析了光学技术在未来月球与深空探测中的发展趋势和潜在应用领域。

“深空探测技术”专栏序言

深空探测是指人类对月球及以远的天体或空间环境开展的探测活动。重点研究领域包括月球探测、火星探测、水星与金星探测、巨行星及其卫星的探测,以及小行星与彗星的探测。深空探测的意义在于促进对太阳系及宇宙的形成与演化、生命起源与进化等重大科学问题的研究,有利于推动空间技术跨越式、可持续发展,提升人类进入太空的能力,促进一系列新学枓、新技术的发展,推动人类社会可持续进步。

嫦娥工程技术发展路线

月球是距离地球最近的天体,以其独特的空间位置、广阔的科学探索前景,成为人类地外天体探测和资源利用的首选目标和持续选择。简要总结世界各主要航天大国的探月发展历程和后续计划,详细介绍了我国探月工程(嫦娥工程)"绕""落""回"三步走的发展思路和技术路线,分析了后续的发展方向,提出了2030年前月球机器人科研站任务设想。

关于我国月球探测活动的工程哲学考察

探月工程是国家十六个科技重大专项(2006—2020)之一,具有技术难度大、复杂度高的特点。2004—2020年,探月工程成功实施了六次任务,圆满完成了“绕、落、回”三步走发展战略,取得了显著的科学和技术效益。本文介绍了探月工程总体规划的论证和技术路线的确定过程,考察了论证和决策中的权衡因素,总结了工程建构和实施的成果和创新,分析了工程实践中的辩证关系,对我国月球探测的实践进行了工程哲学方面的考察和思考。

航天工程多态全息模型及应用

以我国航天工程研制特点和数字化需求为出发点,构建涵盖航天工程全周期、全系统的数据体系,提出航天工程多态全息模型的概念及具体组成,实现了包含全要素信息的完整产品数字化定义;构建航天工程全生命周期模型体系,体系化地表达了多态全息模型在任务层、系统层和功能层随时间的动态演化过程,以及相互耦合关系;开发了多态全息模型集成系统,并在典型的航天型号中开展了实践,初步形成了架构驱动的协同研制模式和数据驱动的产品状态管理模式,提升了研制效率效益,为其他领域复杂系统工程的应用提供了参考。

钟祥市政协积极参与氨化养牛兴农工程——全市近百万吨农作物秸杆变废为宝

素有"粮仓"之美誉的湖北省钟祥市,近年来在市政协的积极建议和参与下,又走出一条开发利用农作物秸杆,靠秸杆氮化养牛兴农的新路子,目前已初具规模。这个市是一个拥有人口100万,国土面积4488平方公里的县级市。这里土地肥沃,粮食复种产一般在600公斤以上,人均每年产粮800多公斤,具有明显的粮食优势。然而97万多吨农作物秸杆却一度被人们忽视,绝大部分是在田野和农户灶台内付之一炬。如何开发利用这一资源,钟祥市政协通过组织参观考察,找出了一条合理利用秸杆资源的路子——秸杆氨化养牛。他们算了一笔帐。

政协委员张德华的新农村情结——记湖北省钟祥市政协常委张德华

提起张德华，钟祥市无人不知。就是他，凭着对新农村建设的满腔热情，凭着对家乡父老乡亲的眷恋，放弃了繁华的都市生活，毅然投身到生他养他的热土——石牌镇彭墩村，参与新农村建设．先后投资3500多万元，为村民修桥筑路、建房办学、美化环境，同时还大搞产业投入，使昔日贫穷的小山村在短短三年时间里就发生了翻天覆地的变化，成为远近闻名的新农村建设示范村。

孜孜不倦斗瘟神——记湖北省钟祥市政协委员、钟祥市血防办副主任魏晓文

1958年6月30日《人民日报》一条关于浙江省余江县消灭了血吸虫的报道，令开国领袖毛泽东兴奋得浮想联翩，夜不能寐。微风拂煦，旭日l临窗，他遥望南天，欣然赋诗《送瘟神》：绿水青山枉自多，坐地日行八万里，华佗无奈小虫何!巡天遥看一天河。千村薜荔人遗矢，牛郎欲问瘟神事，万户萧疏鬼唱歌。一样悲欢逐逝波。

月球与深空探测标准体系分析方法及架构设计研究

本文结合我国月球与深空探测任务的特点,运用系统工程方法,提出了标准体系构建的六性总要求、五项原则及四维结构分析方法,开展了月球与深空探测标准体系的顶层设计,从分层和分支两个维度构建了涵盖全要素、全流程、全周期的月球与深空探测标准体系架构;构建了标准需求生成模型,制定了标准需求的遴选准则和方法,组织工程各系统自下而上形成标准需求包络;以"五项原则"为指导,完成了月球与深空探测标准明细表,明确了标准项目名称和级别、标准之间从属关系、标准制修订时机。为复杂系统工程领域标准需求梳理和标准体系架构设计提供了一种思路和方法。

面向月球科研站的原位资源利用活动展望

进入21世纪以来,人类探月活动已从认识逐渐转为认识与利用并重阶段。文章分析了月球资源利用的国际发展态势,在月球原位资源利用领域,美国等航天强国暂未形成绝对引领地位。从支撑月球科研站可持续构建与高效益运营等角度出发,给出了能源获取与利用、矿物开采与转化、月基建造与运维等原位资源利用活动模式,以及高价值利用方法分类;阐述了月球原位资源利用的关键科学和技术问题;展望了月球资源利用的近-中-远期发展目标并提出了相关对策建议。文章的研究成果,可为国家任务立项论证以及各学科方向开展针对性创新研究提供参考。

月球探测进展与国际月球科研站

月球作为地球唯一的天然卫星,因其独一无二的位置资源、极具特点的环境资源、丰富的物质资源,是人类进行空间探测和开发利用太空的首选目标.地月系是太阳系探测的试验场,月球是迈向更远深空的中转站.月球科学研究对推动空间科学发展具有重要作用.月球资源开发利用对人类的可持续发展具有重要意义.近年来,我国月球探测取得了举世瞩目的成就,在完成"绕落回"三步走后,必将以更好地服务于月球科学探测和资源开发利用为目标,增进人类科学认知,拓展人类生存空间,服务人类社会可持续发展.本文梳理和评述了国内外月球探测发展现状与发展趋势,归纳了未来月球探测所涉及的主要任务、前沿科学问题和关键技术,提出我国月球探测发展建议.月球探测是建设航天强国的重要标志,当前我国正从航天大国迈向航天强国,在月球探测方面应该有大国思维,保持战略定力,继续发挥优势,牵头组织国际月球科研站大科学工程.

基于模型的国际月球科研站协同论证方法

针对国际月球科研站(ILRS)项目论证工作的国际化协同需求,结合基于模型的系统工程(MBSE)与并行工程(CE)等工程方法,从数字化协同论证的业务流程出发,为国际性航天工程提供基于模型、架构驱动的数字化协同论证技术体系。本文论述了模型驱动的ILRS协同论证流程,形成了“方法-标准-模型-工具”融合的协同论证技术体系,覆盖使命任务定义与需求分析、概念架构定义与可行性论证、联合方案设计与综合评估等3个阶段、6个过程,从层次、专业、阶段3个维度定义了复杂航天系统的多领域全息模型,定义了面向ILRS多层级、多阶段需求的协同论证标准规范体系,构建ILRS协同论证环境并开展了应用实践,满足ILRS任务的规范性、开放性和并行协同要求,能够为深空探测或其他复杂航天工程的协同论证提供方法指导与技术支撑。

无人月球采样返回工程总体设计——嫦娥五号任务

嫦娥五号是我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程,本文阐述了嫦娥五号的任务目标和主要技术指标,从系统组成、设计约束和飞行过程3个方面介绍了工程技术方案,重点研究了地外天体采样返回工程系统方案、表取和钻取两种采样模式等7个工程取得的主要技术创新,分析了再入返回飞行试验、月面着陆起飞综合验证试验等8项涉及任务匹配性、协调性和正确性的大型试验,可为后续其他地外天体采样返回任务提供重要参考.