月表环境无线电波传播分段预测模型

针对经典无线电波传播模型不适用于月球特殊的传播环境问题,提出一种月表环境下电波传播损耗分段预测模型。该模型首先建立包含自由空间段、月面反射段和月球绕射段的理想分段预测模型,并给出不同区间内传播损耗预测算法,然后考虑传播路径剖面上多重障碍物导致的额外损耗,以及其对分段区间参数的修正方法。将其应用于美国国家航天局提供的月表实际场景,仿真结果表明,该模型预测结果与"阿波罗"登月工程获得的实测数据非常吻合,可用于辅助月表无线通信系统的参数设计和性能评估。

应用无线传感器网络的月表环境长期无人监测系统构想

针对月表昼夜温差大、月壤结构松散、空间辐射强的特点,提出一种应用无线传感器网络的月表环境监测系统构想,实现对月表环境的长期无人监测。该系统分别由月表无线传感器网络、月球中继卫星、地球中继卫星和地球地面站组成。通过月表无线传感器网络节点上的太阳能电池设计,实现节点的可持续工作。通过节点外形设计和采用电帘除尘技术,可防止节点被月尘掩埋。节点采用热控包覆和主动热控措施,能适应月球高低温环境。为提高无线传感器网络的生命周期,提出一种基于能量均衡的路由技术。针对月表环境监测系统,设计了月表-月球中继-地球中继-地球地面站的通信协议栈,地月中继通信技术能保证月表环境参数实时传回地面。与微波探测、月球车探测等传统月表环境探测技术相比,文章提出的系统具有能抵近探测、探测对象多、探测范围广、探测时间长、系统可靠性高和成本低的优势。

采样机械臂关节月表环境适应性设计

文章针对月球表面采样任务对机械臂关节防尘、耐高低温和轻量化的特殊要求,提出一种由永磁同步电机驱动、2K-H行星减速器+谐波减速器传动的关节设计方案。该方案采用电机的齿槽转矩提供关节制动力矩,并采用前馈力矩补偿控制的方法消除齿槽转矩引起的速度波动,节省了制动器的配置;通过控制减速器传动侧隙、电机定子与壳体的过盈量及密封垫片厚度,实现关节在-100~160℃高低温环境的热匹配和防尘。仿真分析和样机试验结果验证了关节设计方案可满足月表采样的月面特殊环境要求。

三维可视化月表电波传播预测软件设计与实现

建立了月表环境下无线电波传播路径损耗的分段预测模型,并基于NI公司LabWindows/CVI软件平台开发了一套月表电波损耗可视化预测软件。该软件可实现三维的月表数字地形及收发信机位置实时显示,无线电波传播损耗动态预测,以及预测参数及结果的灵活管理。实测结果表明,该软件预测结果与实测数据吻合,操作简便且运行稳定,可用于辅助我国探月工程中月表通信系统的参数设计和性能评估,对于深空探测系统设计也具有一定的参考价值。

月尘静电迁移研究进展

月尘的静电悬浮和迁移是Apollo时期留下的最有争议的问题之一.其既是研究月球表面物质演化历史的重要线索,也是探月工程必须考虑的重要因素.月尘在月表环境下易因电子附着、光电效应、二次电子发射等过程带电,并在月球全球性静电场作用下发生迁移运动.但目前对月尘静电迁移过程的认识还不全面,其主要原因在于对月尘静电特性的了解不够准确,对静电迁移过程的地面模拟不够充分以及对月球尘埃环境的探测较为缺乏.未来需进一步开展模拟月尘的研制,月尘静电特性的分析,静电迁移过程模拟以及尘埃环境的探测等工作.

月球表面热辐射计算模型研究

为深入了解月球表面的热环境,根据月表红外发射率随温度变化以及太阳光反射率随入射方向变化的特点,建立了月表的多温段变反射率辐射计算模型。将该模型与月壤非稳态导热微分方程结合,并考虑日、月相对运动关系,形成了月表温度计算方法。在计算程序验证的基础上,分析了月表温度的变化规律与控制因素,比较了月海与月陆两种月表单元的温度差异。结果表明,多温段变反射率热辐射计算模型比传统的两波段热辐射计算模型能够更准确地预测月表温度及变化规律。