月球极区附近典型的月面等离子体环境及地形的遮挡效应分析

由于特殊的环境条件,月球南极地区近年来逐渐成为月面着陆探测重点关注的区域。在未来开展月面南极地区探测时,探测器将受到月面复杂环境的影响。月球处于较复杂的空间等离子体环境,对南极地区月面探测器带电影响较大的环境主要包括太阳风环境、磁鞘环境和等离子体片环境等。计算在不同空间等离子体环境条件下,月球极区月面巡视器表面及附近的电位分布,并分析电位分布形成的原因。建立典型撞击坑的仿真模型,探索撞击坑附近不同带电粒子的分布以及尘埃颗粒的迁移特征。研究结果将加深对月球极区月面环境的认识,为月面探测活动中遇到的环境问题提供理论参考。

月球极区水冰就位分析方案设计

结合以Luna 25、Luna 27、Viper为典型月球极区就位探测应用的光谱−质谱联用技术,介绍了包括探测机制、工作模式及仪器的功能、性能与应用;设计了“嫦娥七号”月球极区水分子分析仪,其中激光吸收光谱仪负责H2O和HDO的就位分析,飞行时间质谱仪实现H2O、CH4等质量数<200 amu气体分子的分析,通过地面试验验证了方案的可行性,可为月球南极着陆探测水冰就位探测提供支撑。

基于嫦娥二号数据的月球极区光照计算

为明确月球极区太阳能分布情况,给不同周期的月球探测任务提供参考,利用嫦娥二号CDD相机获得的DEM-50 m数据对月球极区的光照条件进行计算。创建了适用于月球极区的光照模型,生成太阳高度角数据库;以1年、8.85年、20年为时间跨度,利用模型计算月球南北极整体区域和局部区域的光照情况和黑暗期情况等数据;考虑月面以上0 m,2 m,10 m的状态对于光照情况的影响。结果表明:月球极区存在准永久光照区,主要分布在撞击坑边缘及撞击坑附近高地或连接山脊上,其中南极附近年最大光照率为86.6186%,北极附近年最大光照率为87.5114%;在时间上,覆盖章动周期和进动周期的光照条件有所改善;月面2 m高度位置,区域A~E的最大光照率均在84%以上;10 m高度位置,区域A及区域C的最大光照率均在90%以上,光照面积有所增大。

基于EDEM的月球极区采冰钻具参数的研究

针对月球极区冰采样过程钻具运动参数对钻具受力及对冰采样量的影响问题,开展了离散元仿真分析;利用SolidWorks三维建模软件设计了一款钻具,在离散元仿真软件EDEM中建立了冰的离散元模型;并将设计完成的钻具导入离散元仿真软件中,进行离散元仿真分析;选取钻具的转速作为钻具的运动参数,进行对比分析。其仿真结果表明,随着钻具转速增大,冰的采样量逐渐增大;钻具所受的力矩逐渐减小。

基于“嫦娥一号”激光测高数据的月球极区光照条件研究

月球极区光照模型为研究月球车着陆点选择和水冰存在的探测提供了依据.利用"嫦娥一号"探月卫星获取的激光测高数据,得到了全月面高精度的数字高程模型(DEM),特别是在月球两极地区,地形细节清晰可见,为极区光照模型的建立提供了精确的数据基础.本文通过由测高数据建立的DEM和月球轨道参数相结合,采用地形最大高度角法,对月球极区的光照条件及其应用进行了研究和分析.光照率的计算周期为19年,考虑了黄道和白道交点进动的影响(18.6年).计算结果表明:(1)未发现有持续光照区;(2)有长久阴影区存在;(3)在南极或北极的夏季,撞击坑边沿高地处可以享受到连续的光照;(4)Shackleton撞击坑可以作为月球车着陆的首选目标之一.

月球极区水冰钻取模拟试验系统研究

探测并利用月球极区的水资源一直是月球探测的研究热点。针对钻取及凝华装置开展系统级真空低温试验的需要,建立月球极区水冰钻取模拟试验系统,根据水的三相转化关系设计了2个阶段的试验流程,试验中混合物容器中的水可保持固态。初步试验结果表明,所建立的试验系统能够满足现阶段开展月球极区真空低温试验的需求,为验证产品性能、优化产品工况、促进月球极区水冰获取工程技术的发展提供条件。

月球极区水冰资源原位开发利用研究进展

月球极区水冰资源开发利用是支撑基地建设和运行的重要手段之一。基于月球极区水冰资源的最新探测和数据分析结果,研究梳理了月球水冰资源的分布特征和存在形式,介绍了国内外月球极区水冰资源开发利用计划、实施方案和发展趋势,并详细介绍了提出的光热钻取一体化开发利用方案。并进行了地面水冰提取原理试验模型,开展了地面含水沙土的水提取试验。试验结果表明,该装置在含水率5 wt%的土壤中,能够达到30 g/h以上的水提取速率和大约4 kg/h/m3的水提取能力,以期应用于探月四期工程任务中。

月球极区探测轨道设计

月球后续探测工程要完成环月详查、中继以及月球极区着陆、巡视等任务,由于地面与月球南极通信条件较差,需要针对本次任务布置一颗中继星,建立满足任务需求的中继能力,完成着陆器和地面的通信。从中继轨道的选择、中继轨道与环月、着陆任务的配合等方面对月球极区探测轨道进行分析和设计,选择了周期12 h的环月大椭圆倾斜冻结轨道作为中继轨道,仿真结果表明,中继星可在轨道上运行10年不进行轨道维持,每圈轨道有三分之二的时间与月球南极通信,可为工程实施提供参考。

多器联合月球极区探测通信系统设计

通信系统是月球极区探测器的重要组成部分之一。月面极区着陆器通信条件相对于低纬度地区探测有较大的差异,通信系统设计需结合月面极区软着陆探测任务实际,针对其任务的特点和需求开展相关设计工作。对多器联合月球极区探测通信开展任务分析,分析了通信系统架构、通信环境条件和数据量等任务需求,并设计了月球极区通信系统链路架构。该方案基于一套由月球中继通信网络和月面通信网络组成的链路构架,通过异构链路互为备份、多中心节点等方式实现了系统的可靠性与可扩展,兼顾了系统内的资源优化配置,可为未来月球极区探测通信技术工程实施提供指导。

载人月球极区探测轨道方案设计及能力需求分析

月球极区是国际新一轮载人登月重点关注的探测区域,其探测价值和探测难度都超过了月球低纬度区域。本文针对未来月球极区探测,提出了适用于载人飞行的轨道方案,并开展了地月往返转移轨道设计。在此基础上通过研究其轨道特性,得到了飞行器到达月球轨道的可达域以及月地返回的出发域,并依此分析了月地转移窗口和月面停留时间对飞行器的能力需求,可为未来载人月球极区探测任务设计提供参考。

月球极区水冰采样探测技术综述

面向月球水冰科学探测需求,根据月球极区环境及水冰特性,总结了实施月球极区水冰采样探测任务面临的挑战及所需的关键技术。根据水冰采样点选址预判需求,概述了力学触探、热电物性触探、雷达探测、光谱探测、中子谱探测5种方法;面向表层暴露水冰采样需求,阐述了铲挖式、浅钻式、磨削式3类表取采样技术;根据次表层埋藏水冰采样需求,概括了星壤次表层潜入技术体系,介绍了集成传感、挥发分提取、星表取钻屑、钻头外取屑、钻头内取屑、取芯6类钻进采样技术。对中国实施月球水冰采样探测任务技术途径提出了建议。

月球极区着陆环境特性对比及探测建议

基于已有的月球探测数据,对月球极区和中低纬地区的环境差异,以及月球南极和北极的地形、坡度、光照、撞击坑分布等着陆探测相关环境进行了对比研究。结果显示:相比月球中低纬地区,极区地形起伏更大、平均温度更低;月球南极整体地形起伏和坡度比北极更大,着陆难度更高;月球南极的永久阴影区集中度更高,单个永久阴影区的面积更大,而永久阴影坑是赋存水冰的最佳位置,因此南极更易获得相关探测成果;月球南极的长期光照区范围要明显大于北极,可为探测器的能源需求提供更好的保障。文章综合以上研究成果认为,从探测目的和维持长期探测的需求角度出发,月球南极着陆环境优于北极和中低纬地区。

月球极区探测的主要科学与技术问题研究

月球极区探测是目前各航天大国竞相角逐的战略制高点。在简要总结国内外月球探测发展动态的基础上,研究分析了月球极区探测需关注的主要科学问题和需要突破的主要技术问题,旨在为我国后续开展极区探测提供参考。

月球极区钻取采样技术

我国正在积极开展针对月球南极的探月四期工程论证,将探索月球极区物质组成、资源分布及存在形式作为后续月球探测的重要科学目标,拟对月球极区开展采样原位探测和采样返回探测。由于月球极区特殊的环境特性,极有可能存在冻土形式的含水月壤或水冰,开展针对这类对象的采样技术研究将有力支撑未来月球探测任务的论证和实施,具有重大的工程意义。面向探月四期工程,在对极区采样作业环境、作业对象分析的基础上,对极区钻取采样关键技术进行了梳理提炼;针对月球南极永久阴影区原位探测和非永久阴影区采样返回两项任务需求,分别开展了钻取采样机具设计要素分析,对任务作业模式及采样机具提出了方案设计,并介绍了相关技术研究和产品研制的进展情况。

基于光照和坡度约束的月球南极着陆选址分析

月球两极永久阴影区富含的水和其它挥发分是研究月球和太阳系早期物质演化的重要手段,也是未来基地建设资源原位利用的重要来源。基于20 m/pixel分辨率的地形数据,计算了南极点附近15 km×15 km区域2026年的光照率和坡度,提出了采用精细网格划分研究区并以光照率和坡度作为工程约束的方法,得到了潜在着陆区的分布和面积随约束条件变化的规律。采用该方法进一步分析了南极88.5°S以上区域60 m/pixel分辨率的光照率和地形数据,得到了8个潜在着陆区,其中有3个分布在“沙克尔顿”(Shackleton)撞击坑坑缘、2个分布在“德·杰拉许”(de Gerlache)撞击坑坑缘、2个分布在前两个撞击坑相连的山脊、1个分布在Shackleton与“斯莱特”(Slater)撞击坑相连的山脊,为未来工程探测选址以及基于更高分辨率地形数据开展目标区域着陆点的选择提供参考。

月球两极探测进展

从20世纪开始月球探测成为人类太空探测的重要内容,月球探测的手段越来越多样化,探测的分辨率越来越高,探测的区域也逐渐由全月转变为局部。月球的南北极区由于特殊的地理条件存在大面积的永久阴影区,因此一直以来备受国内外学者的重视。介绍了目前国内外对月球极区探测在光学影像、数字高程、水冰以及亮度温度等方面取得的重要科学成果,并且介绍了探测设备的参数,为我国正在开展的月球探测提供参考和建议。

月球水冰资源综合开发技术研究概况

水冰作为月球的重要资源,是未来月球科研站以及月球基地建设和运行的基本保障,开展月球水冰资源综合开发技术研究是目前各航天大国的关注热点之一。本文调研了有关月球水冰的探测和研究成果,阐述了月球水冰的赋存状态与分布特征,详细分析了月球水冰资源在开采提取、分离纯化、储存运输和分解利用等环节的技术方案,并简要评述了各个方案的优缺点。结合中国未来国际月球科研站的建设规划与美国以建立月球基地为目标的阿尔忒弥斯(Artemis)计划,评价分析了适宜开展月球水冰资源综合开发的地区和可行的技术方案,为中国在月球两极地区的水冰资源开发利用方案提供参考。

单自由度太阳帆板极月轨道月球卫星的初步热分析与热设计

对国外极月轨道月球卫星的热设计进行了概述,并以一个极月轨道月球卫星为例,介绍了采用单自由度太阳帆板技术的某极月轨道月球卫星.针对该卫星,对其奔月飞行和在极月轨道上环月运行时的外热流与空间散热问题进行分析,根据分析结果,初步提出了该卫星的热设计方案,重点对有效载荷热控问题, ±y侧仪器设备的热控问题,以及热控百叶窗的应用技术等进行了描述.

极区月壤和水冰形成演化机制及物理特性研究

月球极区独特的光照条件和表面环境特征是水富集和保存的理想场所,探测永久阴影区内的水冰对科学研究和开发利用月球资源具有重要的意义。综合调研了国际上在月球极区开展的理论研究和遥感探测成果,阐述了极区地质、表面光照条件和热环境特征。介绍了极区月壤和水的形成演化机制及水冰可能的赋存状态。系统梳理了国际上关于极区水冰的探测历程和方法,综合各种探测结果后取得的关于水冰分布特征的认识。根据分析Apollo 16样品后得到的物性、化学、矿物组成和粒径分布基本特征,提出了极区月壤模拟样品制备标准。通过对月球极区探测结果梳理并建立了系统认识极区地质演化的框架,为将来的月球极区月壤和水冰探测提供较为全面的参考。

探测月球 开拓天疆——世界航天初览之二

一、月球探测与研究又掀新潮 1976年7月,美国的阿波罗号飞船载人登月工程完成后,从表面上看,美国、前苏联和世界其他国家,对月球的探测与研究似乎进入了低潮。事实上,一方面是他们忙于星球大战计划、航天飞机、联盟系列载人飞船、礼炮号和和平号空间站、阿里安运载火箭等的研制与发射工作,月球探测与研究着实是无暇顾及;另一方面是美国、前苏联、欧洲航天局、日本等,从来也没有停止过对地球及其周围环境、地月空间、月球周围环境、月球。