月球着陆探测器任务分析研究

介绍月球着陆探测的任务特点,针对飞行过程、着陆过程、月夜生存、月面工作、月面特殊环境及其影响,以及着陆稳定性影响因素和地面试验验证等进行需求分析,可为月球探测器的设计提供参考和借鉴。

月面软着陆探测器地面力学试验方法研究

月面软着陆探测器的主要任务是携带有效载荷实现在月球表面的安全着陆,其经历的主要过程包括发射段、地月转移段、近月制动段、环月段、着陆段和月面工作段。软着陆探测器面临的月球环境比近地轨道卫星复杂得多。为提高软着陆探测器系统的可靠性,必须进行充分的地面试验,验证软着陆探测器的设计合理性。文章分析了月球软着陆探测器在各飞行过程中面临的力学环境,分析了力学环境对探测器系统的影响及作用效果,提出软着陆探测器需完成的地面力学试验项目,设计相应的试验方法,并给出确定试验量级的基本原则。

载人小行星着陆探测模式设想

基于目前小行星探测技术特点,综述了当前国内外空间活动中两种典型探测模式,针对未来载人小行星着陆探测需求,提出了爬行式和基于小型机动操作载人飞船的两种探测模式,并对两种模式进行评价比较,基于小型机动操作载人飞船的探测模式具有机动性强、探测范围广、安全性高及对航天员操作能力要求低等特点,可为我国未来载人深空探测任务中微重力环境下星体表面作业方案设计提供参考。

深空着陆探测足式机器人发展综述

介绍了世界主要航天大国关于深空着陆探测足式机器人的研究现状,对比分析了不同类型足式机器人的优缺点,从硬件与软件设计方面剖析了足式机器人在深空着陆探测任务中尚未工程化的主要问题。以此为基础,提炼出感知融合化技术、控制智能化技术、形态可重构技术、多机协同化技术等深空着陆探测足式机器人发展的关键技术,为中国研制深空着陆探测领域可工程应用的足式机器人提供参考。

火星环境对着陆探测任务的影响及设计考虑

火星着陆探测任务环节多、复杂度高、环境不确定性大,历史成功率低于50%。日前我国首次自主火星探测任务“天问一号”已取得圆满成功,在世界上首次一步实现“绕、落、巡”的火星探测。文章对火星着陆探测任务中考虑的火星环境要素及其量化条件的确定过程进行阐述,包括:探测器系统对环境条件的需求,基于此对火星空间环境、大气环境、表面环境各个要素的梳理分析,重点针对影响探测器进入、下降和着陆过程的环境条件进行量化,并确定偏差范围。实践证明以上设计为火星探测器着陆过程的控制和开伞等关键任务环节提供了重要的输入和约束,也为整个任务的圆满成功提供了有力保障。

火星表面环境下着陆探测器的热状态分析

针对火星表面热环境的特点，对一种火星着陆探测器的热状态进行了仿真分析，研究了火星表面温度、风速、昼夜状态、器内加热功率、隔热材料性能、大气成分和气压等多种因素对着陆器温度水平的影响，说明了火星表面环境下着陆器热状态变化的基本规律，对火星着陆探测器的热控设计和模拟试验有一定的指导意义。

首次月背着陆探测的“背后”——上海航天技术研究院“嫦娥”四号探测器研制任务侧记

2018年12月8日,'长征'三号B运载火箭成功将'嫦娥'四号探测器送入地月转移轨道,踏上了人类首次月球背面着陆探测的旅程。'嫦娥'四号探测器包括两器一星,即月球软着陆探测器(着陆器)、月面巡视探测器(巡视器)、'鹊桥'中继卫星。上海航天技术研究院承担了'嫦娥'四号着陆器、巡视器5个半分系统的研制任务,包括巡视器移动分系统、结构与机构分系统、测控数传分系统、电源分系统、综合电子分系统移动/机构控制与驱动组件、着陆器一次电源分系统。

“天问一号”火星探测器着陆控制方案研究

本文先依据“天问一号”着陆的有关数据,运用数学和物理方法,建立着陆器的运动模型方程;再借助蒙特卡罗模型和遗传算法,分别基于耗时最短、燃耗最优的目标,设计着陆的控制策略。根据“天问一号”着陆的真实值数据,对模型进行了匹配度检验,结果表明:运动模型结果与真实值数据的误差较小,说明该运动模型具有可靠性,可以使其广泛应用于人类对其他星球的进一步探测,为宇宙探测计划提供参考性技术。

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。

月球软着陆点的选择与几个预选点的初步对比分析

月球软着陆探测是中国二期探月工程的主要目标,软着陆点的选择是工程实施与科学目标能否顺利完成的关键之一。克里普岩对于研究月球的起源和演化有重要意义,但由于该岩石被玄武岩所覆盖,难以利用轨道探测器开展全面深入的研究。撞击坑是研究月表以下物质成分的窗口,在克里普岩区选择条件合适的撞击坑开展软着陆探测有助于对克里普岩的深入研究。在克里普岩区选取Copernicus、Kepler及Aristarchus 3个撞击坑作为预选着陆点,并利用嫦娥一号CCD数据、LIDAR数据以及Clementine UV/VIS/NIR数据从月形月貌特征和物质组成两个方面对预选点进行了初步对比分析,以期为我国二期探月工程提供参考与依据。

星球着陆下降发动机及我国登月下降发动机设想

星球着陆下降发动机探测器在外星上进行软着陆时起着关键的作用,目前我国还没有进行软着陆的成熟的发动机,对比较典型的月球和火星着陆下降发动机的特点和种类进行总结,提出了我国着陆下降发动机的方案设想,为我国着陆下降发动机的研制提供技术支持。

深空着陆器对偶控制策略

以深空着陆任务为背景,针对视觉导航过程中由于有限观测能力引起的估计性能不佳问题,研究了一种深空着陆器对偶控制策略.该策略将导航估计不确定性引入系统状态,给出包含与估计方差相关的二次型性能指标评价方法,利用着陆状态可观测性与着陆轨迹之间的耦合特性,合理优化观测轨迹,克服着陆过程中可观测性缺乏问题,大幅度提高系统的导航估计性能,使深空着陆器导航制导控制整体性能得到保障.

火星探测器基于机器视觉的坡度估计

为了防止火星探测器自主着陆过程中降落到坡度较高的坡面造成翻转,在探测器着陆过程中对拟着陆面进行坡度估计,提出了一种基于机器视觉的坡度估计方案,并完成坡度估计方案的仿真验证。软件部分采用matlab2014a进行编程,能够完成对坡度的仿真。实际结果表明,该方案具有精度和实时性,达到火星探测器自主着陆时的要求。

揭秘天问一号 我国星际探测征程迈出重要一步

5月15日7时18分,天问一号探测器成功在火星乌托邦平原南部软着陆,中国成为世界上第二个成功将探测器送上火星的国家。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平在贺电中指出,天问一号探测器着陆火星,迈出了我国星际探测征程的重要一步,实现了从地月系到行星际的跨越,在火星上首次留下中国人的印迹,这是我国航天事业发展的又一具有里程碑意义的进展。

首次火星探测任务新闻发布会在京召开

2021年6月11日,国家航天局举行了"天问"一号探测器着陆火星首批科学影像图揭幕仪式,标志着"天问"一号一步实现"绕、着、巡"的目标圆满实现,我国首次火星探测任务取得圆满成功。2021年6月12日上午,国家航天局举行首次火星探测任务新闻发布会,国家航天局新闻发言人许洪亮介绍了工程相关情况,我国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥,探测器系统总设计师孙泽洲,地面应用系统总设计师刘建军,测控系统专家、北京航天飞行控制中心责任总师崔晓峰出席发布会并回答记者问题。

月表陨坑检测轻量化深度学习方法

针对目前基于深度学习的陨坑检测方法存在的模型参数量大和检测速度慢的问题,提出了一种轻量化的深度学习陨坑检测方法。首先,采用通道剪枝方法删减卷积神经网络中冗余的卷积核,得到结构紧凑高效的陨坑检测模型。然后,使用轻量化的深度可分离卷积操作替换基础陨坑检测模型中的标准卷积操作,进一步降低了模型的复杂度。仿真实验结果表明,所提出的轻量化陨坑检测模型能够保证较高的像素预测精度,并且能够适应亮度、图像噪声等干扰因素的影响。同时,与轻量化处理前的模型相比,参数量减少了99.2%,检测速度提升了94%。

盘缝带伞超声速开伞过程研究

随着深空探测着陆的发展,对降落伞超声速开伞的研究迫在眉睫。文章采用守恒元/解元算法对美国某空投试验所用盘缝带伞进行超声速开伞过程的仿真模拟,将数值仿真得到的伞衣充满外形和最大开伞动载与此盘缝带伞的高空投放试验进行对比,获得较为一致的结果,验证了数学模型的可靠性。在此基础上,继续对此盘缝带伞超声速开伞过程进行详细研究,分析了开伞过程伞衣充气外形变化、开伞动载变化、伞衣应力分布以及伞衣不同位置的应力随时间的变化情况。结果表明,开伞过程中伞衣会存在一定的"呼吸"现象,同时在伞衣口处会形成一道弓形激波。开伞动载在经历了较大的波动后逐渐稳定,伞衣盘上的应力比伞衣带上的应力值大。因此,在盘缝带伞的设计中应着重考虑伞衣盘部分的强度要求。

搭建地月通信纽带的“嫦娥”四号中继星“鹊桥”

我国的探月工程自2004年实施以来,取得了举世瞩目的成就,现在又有了新的更宏伟的目标,那就是考察从未有探测器涉足的月球背面。由着陆器、巡视器和中继星构成的'嫦娥'四号任务经过近两年的论证,于2016年1月获得了国家批准,开始了工程研制工作。由于在月球背面探测器无法与地面站直接进行通信,中继通信成为'嫦娥'四号任务首先要解决的关键问题。

盘–缝–带伞超声速充气过程仿真研究

随着火星探测着陆研究的发展,对其主要的减速方式——盘–缝–带伞应用的研究也日趋火热。而在火星探测中,对伞衣充气过程的分析又是最为复杂的难题之一。文章介绍了常用于降落伞流场求解的数值模拟方法,并对它们的利弊做了简要的描述。文章使用守恒元/解元方法对盘–缝–带伞在超声速条件下,从收束状态开始的充气过程进行了数值模拟。首先对前置体进行单独仿真,之后在不同的马赫数下通过对降落伞系统的整体仿真完成对降落伞开伞过程的模拟。仿真数据与实验数据进行对比,获得了较为一致的结果,验证了方法的可行性。另外,文章对两种工作状态下的充气过程进行了对比,分析了盘–缝–带伞在两者中充气过程的异同,以及前置体阻力贡献随着马赫数的变化。最后通过开伞云图对充气过程中的开伞失败现象进行了分析。研究结果可为火星探测提供参考。