月球环境模拟设备研究及发展分析

月球环境模拟设备能够模拟月球表面的温度、真空及月尘等环境因素,以便在地面开展相关科学研究和试验验证。本文对月球环境模拟设备的发展现状进行了跟踪研究,结合国内外月球环境模拟设备的研制和使用情况,梳理出月球环境模拟设备研制的关键技术,并针对未来载人月球探测活动所需的月球环境模拟设备提出了发展建议。

星历模型下地月自由返回全飞行过程轨道设计

面向载人登月任务需要,针对星历模型下具备自由返回能力的地月转移轨道设计问题进行了研究。在三体模型下对地月三维自由返回轨道进行了求解,得到了地月空间内的自由返回轨道分布情况。在二体模型假设下对近月段的三脉冲变轨进行了求解,给出了变平面机动的计算方法。进一步提出了两轮逐次优化修正策略,分别以高度和再入走廊为主要约束,采用内点法和SQP算法在高精度星历模型下对自由返回轨道初值进行逐次优化修正。之后,采用SQP算法在星历模型下对近月三脉冲变轨进行优化修正,得到了星历模型下的自由返回+近月三脉冲变轨地月转移策略。仿真校验结果表明本文提出的方法能够在给定约束下有效求解星历模型下具备自由返回能力的地月转移轨道,为载人登月任务的转移轨道设计提供参考。

载人月球探测轨道设计的挑战与技术发展趋势

轨道设计是载人月球探测工程中的一个重要问题,直接影响工程实施的效果、甚至成败。本文概述了载人月球探测工程中涉及的飞行轨道,指出了轨道设计所面临的三方面挑战,即飞行轨道方案、轨道设计效率、任务全局最优化的挑战;简要介绍了国内外载人月球探测轨道设计的研究进展;提出了当前载人月球探测轨道设计需要重点突破的几个关键技术问题,包括一体化轨道设计与优化、应急任务轨道设计、地月空间任务高鲁棒性轨道设计、月球轨道空间站的轨道设计和地月空间轨道通用设计软件等问题。

载人月球探测一体化网络和协议架构设计与验证

针对载人月球探测任务对网络和协议架构的新需求,对国内外载人月球探测网络架构、协议架构进行了调研,提出了涵盖月地网、环月网、月面网,三网一体的地月一体化网络,设计了一体化、分层化、通用化、标准化的网络协议架构,并针对器地通信、器内高速与低速网络通信、器内不同类型设备间通信、多航天器节点间通信等场景进行了协议应用设计。最后,通过地月一体化网络协议半物理仿真评估系统,对部分协议进行了地面验证,结合其它已在轨飞行的协议验证情况,证明了所设计的网络和协议架构能够支持载人月球探测的各项需求,对于实现测量透明、控制开放、执行共享的航天器信息系统具有重要意义。

2022年国外载人航天发展初步分析

2022年美国阿尔忒弥斯载人登月计划取得里程碑式的进展,成功发射阿尔忒弥斯-1,完成载人登月系统的首次全流程、全系统演示验证;俄罗斯载人航天遭遇进一步挤压,联盟5火箭与雄鹰飞船的首飞任务进一步延迟,规划的新空间站建设任务仍未得到政府批准;欧洲发展独立的载人航天能力的意愿不断加强,顺利完成新一轮航天员招募活动,以满足未来载人航天任务发展需求;越来越多的国家加入载人航天发展行列,以发展经济和提高国际地位。俄乌冲突爆发后,国际空间站成为俄罗斯与西方仍能保持合作的唯一项目,目前延寿至2028年已成定局。私人航天员任务成为2022年的新亮点,不仅成功完成首次私人航天员任务,且成为多个国家开展载人航天的主渠道;以SpaceX公司为代表的商业载人航天力量发展迅速,将承担更多的深空任务,成为未来载人航天发展及深空探测的重要角色。

考虑环月交会约束的地月转移轨道设计

面向载人登月任务需要,针对着陆器地月转移轨道及环月停泊轨道设计问题进行了研究。结合月面着陆点约束条件设计环月交会轨道,分析环月停泊轨道受月球高阶引力场摄动的影响,并得到轨道根数漂移量关于不同停泊时长、不同远月点高度等因素的变化情况。以上述结果作为地月转移段的约束条件优化设计星历模型下地月转移轨道,并结合轨道根数漂移规律设计环月停泊段轨道及后续机动,从而实现转移-停泊-交会一体化轨道优化设计。在此基础上遍历不同发射时刻,搜索地月转移轨道发射窗口。该方法能够实现长时间环月停泊的着陆器转移-停泊轨道设计且可以满足大范围窗口的搜索需求。仿真校验结果表明提出的方法能够在给定约束下有效求解星历模型下着陆器地月转移及停泊轨道,为载人登月任务的轨道设计提供参考。

长期载人航天飞行航天营养与食品研究进展

长期载人航天飞行过程中,乘组航天员处于微重力、噪声、振动及狭小密闭空间等特因环境下,机体发生生理适应性变化。航天特因环境下航天员营养保障研究是人类探索太空面临的一项重要课题,而且随着飞行时间的延长,其重要性逐渐凸显。本文介绍了美俄等国家在空间站、载人登月及载人火星探测等长期载人航天飞行活动中航天营养保障领域的研究现状。相比中短期载人航天飞行任务,长期载人航天飞行中航天员的营养保障对营养均衡、循环利用、保健功能及感官接受性等方面要求更高。

载人登月的航天医学工程问题

载人登月与近地轨道载人飞行相比,将会遇到许多新的医学、心理学、工效学、登月服技术等医学工程问题。研究和解决这些问题是航天医学工程发展的重要任务。结合美、俄载人登月和月球居留的研究情况,重点分析载人登月与月面舱外活动中人的工作能力、压力制度选择、乘组组成、航天员选拔训练、航天员医监医保、心理健康维护、营养食品保障、环境医学和工效学、登月服技术等医学工程问题及解决思路,提出下一步研究的方向和重点。

中国未来载人登月月震实验必要性和方案设计

Apollo被动月震台站仅覆盖了月球正面有限的面积,不能对全月球的内部结构进行精细分析,因此在我国未来的载人登月中继续开展月震探测是非常必要的。基于我国现有的空间探测技术条件,并针对未来载人登月的探测任务,设计了两种月震观测网络方案:一是基本方案,可以基本满足对月球内部结构进行探测的要求;二是优化方案,可满足较高分辨率的月球内部结构探测。两种方案中的月震仪网络在月球正面、背面和南北极均有覆盖,可对全月球的内部结构进行探测。最后对月震观测的基本技术参数、设备及布置地点提出了相应的要求。

搭载平动点中继星的载人自由返回探月轨道设计与优化

针对意义重大但目前尚无成功先例的月球背面载人登月任务,通过建立地惯系三体动力学模型,采用微分修正法迭代计算,设计了未来载人登月任务的候选自由返回轨道;通过建立旋转系三体动力学模型,利用"类Halo轨道截面"法,得到了从自由返回轨道以最低能耗转移到L2点halo轨道的拼接轨道。仿真计算结果显示所优化设计的搭载中继星的载人自由返回探月轨道既能满足任务安全要求,又能以最小能耗布设中继星座并提供中继任务支持。设计方法和结果可对未来月球背面载人着陆探测任务安全轨道设计和月球中继星座的设计方面提供参考。

月面人机联合采样探测发展趋势与任务设想

针对月球资源的探测与原位利用需求,概述了月球资源遥感探测、采样返回分析及原位采样探测技术现状和发展趋势。面向载人登月采样探测工程需求,围绕月面人机联合采样探测,提出了不同阶段表层样品采样探测、广域分布式原位探测、大尺度月壤剖面科学钻探等任务设想,为我国未来载人月球探测总体方案制定和航天员用智能设备的研制提供参考。

基于地月周期重访轨道空间站的载人月球探测方案设想

本文提出了地月周期重访轨道空间站系统的概念,初步研究了基于空间站的载人月球探测飞行任务方案,该方案能够克服类"阿波罗"载人登月任务存在的目标相对单一、任务组织难度大且不易调整的不足,不仅能够实现对地月空间及月球的科学探测,也能够为将来载人小行星及火星探测提供技术支持。

载人航天器月地返回再入问题研究

结合国外探月返回再入飞行的工程实践情况,对国外载人航天器月地返回再入几何约束、再入走廊约束、航天员过载限制约束,以及再入轨道、再入航程、再入方式和气动外形的选择策略进行了研究和分析。文章的研究结果可为我国载人探月及载人深空探测航天器返回再入设计提供参考。

载人月球探测月面活动发展设想

载人月球探测是浩大的系统工程,组成复杂,关键技术多,研制周期长,经费投入高,任务风险大。月面活动是载人月球探测任务体现能力、保障安全、提升效益的重要组成部分,必须回答“为什么”“去哪里”“怎么干”等问题。本文从国内外月球探测历程出发,结合当今世界月球探测领域趋势与局势,从月球战略布局、月球科学内涵开展分析。针对月面驻留与活动工程实施,对比Apollo与Artemis计划方案,提出兼顾可行性和工程效益的月面实验室方案。结合未来发展方向,提出载人月球科研站建设发展思路和月球熔洞探测设想,探索具有中国特色可持续发展的载人月面活动发展道路。

载人登月地月转移轨道快速设计及特性分析

分析了载人登月轨道设计的约束条件,在此基础上建立了地月转移轨道设计模型,给出了一种以地球出发轨道参数作为设计变量的轨道设计方法,结合月球星历得到了满足载人登月任务约束的轨道方案,并对载人登月任务地月转移轨道的工程特性进行了分析。此方法是一种无需轨道积分的纯代数计算方法,具有速度快、精度高的特点,其顺行求解的思路,可对载人登月轨道方案制定阶段的轨道特性做出有效分析。

论日本战时体制下中岛敦的文学者姿态——再读《山月记》

《山月记》中的李徵在"安史之乱"时期进士及第,他对仕途始终抱有偏离甚至放弃的态度。李徵从官吏到诗人、最后变身为虎的过程是一个知识人逐步远离权力中心、自我边缘化的过程。根据"虎"的威武形象和"徵"字所包含的"感召"之意,可以将李徵定义为放弃正统性的发言同时又具有感召力的文人,而这正是在战时体制下的日本作者中岛敦所追求和显示出的文学者姿态。

载人登月轨道研究综述

21世纪初叶,美国星座计划、欧洲曙光计划以及中国嫦娥工程计划的相继提出,彻底拉开了人类重返外太空的序幕,载人登月也被赋予了全新的涵义和使命.探测内容的多样化,轨道设计的复杂精细化,宇航员安全保障的突出化,进一步加大了载人登月工程任务设计的复杂度与难度.文中分别从载人登月轨道整体、地月转移轨道、空间交会对接以及全月面到达这4个方向介绍载人登月当前研究进展与现状,并列举了各研究领域的相关热点问题.基于对上述研究现状的分析,尝试展望了该研究领域未来的发展趋势.

载人登月运载火箭总体方案研究

介绍了国外重型运载火箭方案技术特点和性能,对我国新一代运载火箭发动机研制给出了以两级半构型为重型运载首选、120,400t推力吨位可满足我国未来运载火箭一级动力需求、100t级真空推力氢氧发动机是我国重型运载较佳选择,以及箭体直径最大7～8m为宜的建议。针对我国的载人登月任务,提出了重型运载的四条发展路线,优选了一型运载火箭并进行了细化设计。

月亮意象与天人合一思想

中国古代诗歌中 ,月亮作为一个典型物象与人生世事紧密结合 ,其精神核心就是天人合一思想。研究月亮意象与天人合一思想的关系 ,对于我们深刻理解中国传统文学的精神 ,充分领略中国古代诗歌的意蕴 ,都是很有意义的。

月球矿产资源勘查进展及展望

地球是人类起源和成长的"摇篮",然而人类终将跳出"摇篮",拥抱更广阔的宇宙空间。月球是地球唯一的天然卫星,也是唯一一颗人类已经登陆的地外星球,月球矿产资源开发利用是人类走向太空的必经之路。前苏联Luna计划和美国Apollo计划引领的第一次探月高潮,采回了约382kg样品使人类得以近距离接触和全方位认识月球。当前正是全球探月工程的第二次高潮期,在本次探月高潮期,月球矿产资源的开发利用将成为重要目标。以往的月球资源探测以科学研究为主,而以应用和商业利益为目的的月球资源勘查工作尚未开展。因此,有必要对月球矿产资源进行系统梳理和研究,初步建立月球矿产勘查的规范,指导载人登月和人机互动进行月面资源勘查。本文从国际太空矿产领域的发展趋势、月球矿产资源的需求、潜在的矿产种类、勘查流程等方面进行系统综述,根据可勘查属性将月球各类矿产划分为钛铁矿型、斜长岩型、磷酸盐型、月壤型、水冰型等5种类型,为中国未来的载人探月项目着陆区选址和矿产勘查规范的建立提供初步参考依据。