地外天体软着陆自主导航与控制技术研究进展

软着陆探测是重要的地外天体探测方式,制导、导航与控制(Guidance,Navigation and Control,GNC)是地外天体软着陆成功的关键。首先梳理了国内外月球、火星和小天体等地外天体软着陆任务发展现状;在此基础上,总结了地外天体软着陆任务典型GNC方案及自主导航与控制技术主要进展;最后,针对未来的地外天体精确定点软着陆任务,提出了需要重点关注和发展的自主导航与控制关键技术,为未来技术发展提供借鉴和参考。

美国直觉机器-1月球软着陆任务分析

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,成为全球首个成功着陆月球的商业探测器,以及“阿波罗”(Apollo)计划结束50多年以来、美国首个着陆月球的探测器。但“奥德修斯”着陆时发生倾倒,一条着陆腿损坏,太阳翼发电受到严重影响,原计划7天的有效探测时间大为缩短,取得的探测成果也相对有限。

基于信息融合的小天体软着陆组合导航算法

小天体距地球较远,观测信息不足,引力场弱且分布不规则,对自主导航算法的精度和实时性提出了更高的要求。本工作以小天体软着陆自主导航为应用背景,针对惯性导航误差累积和光学导航观测周期长等问题,提出了一种基于信息融合的组合导航算法。以软着陆探测器的位置和速度为状态向量,通过引入了一种信息融合算法,将光学导航信息与惯性导航信息进行信息融合,生成对软着陆探测器状态的估计。实验结果表明:该算法能有效地提高导航定位精度,并对速度误差有一定的抑制作用,为探测器在小天体表面软着陆提供了一种行之有效的方法。

日本发射SLIM,验证高精度月面软着陆技术

2023年9月7日,日本在种子岛航天中心使用H-2A火箭成功发射“小型月球探测着陆器”(SLIM),将演示验证高精度月面软着陆。该任务是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)研制的小型、低成本任务,成本约180亿日元(约合1.4亿美元)。除实现工程、科学目标外,JAXA还希望通过SLIM的小型化、低成本技术对私营企业开展商业月球探测提供帮助。

大尺寸自由活塞激波风洞重活塞软着陆关键技术

高焓激波风洞的驱动技术决定了风洞总焓和总压试验能力。重活塞压缩加热技术具有驱动性能强和运行灵活性高等特点,是高焓激波风洞关键驱动技术。针对重活塞发射效能、重活塞与壁面摩擦、膜片破膜等情况带来的大尺寸重活塞难以安全软着陆问题,通过理论分析、动网格数值模拟和试验验证相互结合的手段,分析了重活塞实际运动过程的影响因素,建立了重活塞调谐运行方法,获得了稳定的驱动压力,可为不同的模拟需求提供对应的试验状态。研究了质量为205 kg、275 kg的重活塞在压缩管中运行最高速度分别超过350 m/s、450 m/s的软着陆过程,获得了压缩管末端总压15 MPa、总温3450 K和总压45 MPa、总温4845 K的定压试验状态。本研究解决了大尺寸自由活塞激波风洞重活塞软着陆难题,保障了世界最大尺寸自由活塞驱动的FD-21高焓激波风洞中、质量为数百千克的重活塞、在长度为75 m的压缩管中的运行安全。

转型金融助力高碳排放企业“软着陆”——枣庄市金融支持高碳行业转型发展的路径探索

支持可再生能源等零碳绿色行业发展和促进高耗能高碳行业减碳,都是实现碳中和目标的重要路径。近年来,我国大力倡导绿色金融,已取得一定成效,但对高碳行业主要采取压降管控的金融策略,主动引导低碳转型的政策力度不足。本文以山东省枣庄市为例,通过探索“央行货币政策引导+转型场景应用”模式推动转型金融向纵深发展。并基于具体工作实践提出了实现转型金融助力高碳行业在绿色转型升级趋势下实现减污降碳“软着陆”的五条政策建议。

月球软着陆制动段飞行轨迹与制导律研究

对自环月轨道开始的月球软着陆制动段飞行轨迹和制导律进行了研究。建立了统一的均匀球体三维软着陆模型,采用燃料次优解析制导方法,通过单步优化获得了局部最优的推力角解析式。同时,在推力角中引入前馈项,用于消除初始位置和速度偏差对软着陆的影响。对制动段飞行轨迹的仿真分析验证了制导律设计的有效性。

凤凰引领丸石:硬核科技“软着陆”就在第五届进博会

2022年11月5日,第五届中国国际进口博览会在国家会展中心(上海)开幕,上海凤凰企业(集团)股份有限公司旗下丸石品牌(Maruishi),携“科技-未来”主题及新品车型,重磅回归进博会现场。2022年,进博会消费品展区围绕“新”生活、“酷”科技、“最”潮流三大方向发力,意在打造世界品牌集聚地、国际潮流引领地。

系统供应商如何完成厂商数字化落地软着陆?

前几天接到一个系统供应商前端销售总监的电话,反馈道:尽管品牌商数字化转型迫在眉睫,但快消品生意越来越难做,几次花费很大精力组织的投标,均石沉大海,问题出在哪里?

硬核科技如何实现科普软着陆

工程类纪录片是在国际上广受欢迎的一个纪录片题材。当今中国,各类工程建设项目不断刷新着最高、最长、最难等纪录,超乎人们想象的重大工程越来越多,工程建设也成为了中国纪录片领域一个突出的创作题材。

地市级融媒体平台如何让硬新闻软着陆

随着社会的发展,传统媒体已经无法满足人们获取信息的需求,融媒体平台由此而生。作为当代传媒的主流形式之一,融媒体平台拥有多种信息表达方式,具有内容广泛、传播速度快、互动性强等特点,成为人们获取信息的重要渠道。在这样的背景下,地市级融媒体平台逐渐崛起并成为重要的信息发布和传播平台。

软着陆气囊缓冲特性与参数设置的理论研究

将软着陆气囊的缓冲过程分解为绝热压缩和排气释能两个过程,从热力学和刚体动力学的基本方程出发,建立了软着陆缓冲过程的理论分析模型,并给出了缓冲响应的数值计算方法。针对立式软着陆气囊的参数设置和缓冲响应估计问题,给出了固定排气口型气囊和可控排气口型气囊相关参数的设计方法,同时以一个无人机模型的软着陆回收为例进行了缓冲响应仿真。基于简化模型及缓冲过程状态参数-时间特性曲线,分析研究了未设置排气口、固定型排气口与可控型排气口气囊的缓冲特性及其应用优劣,为工程与研究人员提供了气囊尺寸估算、缓冲系统性能预测、排气口面积选择与主动控制律设计的理论依据,研究结果具有明确的工程参考价值。

月球探测器软着陆动力学仿真

随着深空探测技术的发展,新型月球探测器需要在遍布石块、陨石坑和斜坡等复杂月球表面上着陆,因此有必要对月球着陆探测器的着陆性能进行评估。本文对一种四腿可展开式着陆器进行了合理简化,并用AD-AMS软件建立了着陆动力学仿真模型。模型中应用子程序表达缓冲铝蜂窝和月壤的力学性质,通过在预研着陆器的仿真模型上加载,实现了系统的仿真;并得到了月球探测器以给定姿态和着陆速度在不同地面坡度和月壤物理特性下的着陆性能及一般规律,对我国月球探测器软着陆动力学研究具有一定参考价值。

惯导/测距/测速相结合的安全软着陆自主导航方法

针对地外天体软着陆中惯导误差随时间增大,无法提供准确的高度和三维速度信息的问题,提出了一种惯导、测距和测速相结合的安全软着陆导航方法。该方法以惯导为基础,利用测距仪修正惯导的高度信息,利用测速敏感器修正惯导的速度信息。详细介绍了惯性导航的基本原理及测距、测速组合修正的策略,对软着陆过程的动力学模型、敏感器测量模型、滤波方程、地形对修正的影响,以及组合使用的策略和算法等问题进行了论述。数学仿真结果表明惯导、测距和测速相结合的方法能够满足安全软着陆的需要。

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。

基于SQP方法的常推力月球软着陆轨道优化方法

月球软着陆是未来月球探测中的一项关键技术。针对这项技术,本文给出了一种基于SOP方法的常推力月球软着陆轨道优化方法。该方法通过将常推力月球软着陆轨道离散化,利用离散点处状态连续作为约束条件,把常推力月球软着陆轨道优化问题归结为一个非线性规划问题,对于此问题的求解,其初值均为有物理意义的状态和控制量,从而避免了采用传统优化方法在解决此优化问题时对没有物理意义变量初值的猜测。最后,利用SOP方法求解了此轨道优化问题。仿真计算结果表明这种离散化的方法应用于此轨道优化问题可以避免传统轨道优化方法对初值敏感的问题。

月球着陆器软着陆冲击仿真

为提高分析月球着陆器软着陆有效载荷着陆冲击响应的准确性,提出一种基于瞬态动力学的着陆器有效载荷软着陆冲击响应分析方法。根据着陆器全机结构柔性和月壤柔性对有效载荷着陆冲击响应的影响,参照某型着陆器,于MSC.PATRAN环境中建立着陆器全机柔性体模型及月壤柔性体模型,运用瞬态动力学仿真软件MSC.DYTRAN对着陆器软着陆有效载荷着陆冲击响应特性进行了仿真研究。仿真结果与试验结果具有一定的一致性。研究结果表明:使用该方法分析着陆器软着陆有效载荷的着陆冲击响应是准确有效的,能够比较逼真地模拟月球着陆器实际着陆工况。

月球最优软着陆两点边值问题的数值解法

对于月球软着陆 ,燃耗最优是制导过程的基本要求。文中首先应用极大值原理设计了最优着陆制导控制律 ,此时求解最优轨迹变成一个两点边值问题(TPBVP)。本文利用一种基于初值猜测技术的打靶法求解这个两点边值问题 ,得到软着陆最优轨迹。结果表明该方法可有效改善迭代计算 。

基于三维地形匹配的月球软着陆导航方法研究

针对月球探测器定点着陆任务的需要,研究了基于三维地形匹配的导航方法。对三维地形匹配问题,将高程方差图局部极值点作为三维地形特征,在构建地形特征之间的相对位置与角度不变量的基础上,提出了基于投票的三维地形匹配策略。针对测量噪声统计特性的不确定性,将Sage-Husa噪声估计算子与迭代卡尔曼滤波相结合,通过对测量噪声进行在线估计有效避免滤波精度下降甚至滤波发散的出现。数字仿真结果表明所研究的导航方法能够有效地实现探测器相对位置和姿态的精确估计。