China's Lunar Exploration Program——The Third Milestone for China's Space Industry

To explore the moon demonstrating the wisdom and capability of mankind. China’s Lunar Exploration Program is the third milestone for China’s space industry. We have formed China’s lunar exploration program that features three milestones, i.e. “orbiting", “landing" and “returning". As a developing country, China conducts definite deep space activities under limited conditions, reflecting China’s strong national strength and symbolizing ability of China’s space industry.

跨临界CO_(2)热泵空间应用研究展望

随着中国深空探测事业的发展,建立月球基地成为未来载人航天活动的趋势,采用基于跨临界CO_(2)热泵的热控系统可以实现高效散热,具备降低辐射器面积和热控系统重量的应用潜力。对跨临界CO_(2)热泵空间应用具备的优势进行了总结,包括实现辐射器高效散热、热泵系统更高性能系数、压缩机体积更小等。同时指出了跨临界CO_(2)热泵空间应用存在的难题,包括现有热力学模型无法适应空间应用、热泵在低/微重力下油气分离效率低等。基于现存的难题,提出了未来的研究重点,以指导跨临界CO_(2)热泵的后续研究及空间应用。

面向载人月球探测的确定性以太网应用研究

确定性以太网(时间触发以太网和时间敏感网络)是在传统以太网上增加时间同步、时间感知整形等机制,能够提供高可靠低时延的确定性通信服务的技术。确定性以太网在航天器中的应用,可以解决现有总线难以满足未来空间系统架构开放性、数据处理实时性和数据传输可靠性等应用需求的问题。对确定性以太网技术产生的背景、技术原理和发展现状进行分析,提出一种“先融合后增强”的推进步骤,即由时间触发以太网和时间敏感网络融合的架构逐步过渡到完整的时间敏感网络架构,为我国未来航天器信息系统数据总线的设计和实现提供思路。

载人月球探测飞行器综合电子系统技术发展研究

针对载人月球探测飞行器数据种类多、数据量大、数据分布远的特点和高可靠性数据通信要求,通过调研国内外航天器综合电子系统发展趋势和系统分析载人月球探测任务的研制需求和技术特点,秉承网络一体化、计算通用化、执行集成化、软件APP化的设计理念,提出了全新的“统一管理-区域执行”两层分级控制综合电子系统架构,对高性能计算、时间触发网络、高集成采集驱动、分时分区操作系统等关键技术的研究目标和实施途径进行了详细阐述,应用于载人月球探测飞行器综合电子系统设计后,将有效提升自主健康管理和任务规划能力、功能密度、设计可靠性及有人参与的闭环控制能力。

猎户座飞船电源系统设计特点及启示

针对登月飞船电源系统在功率密度、承载性、安全性、可靠性等方面的更高要求,调研了美国猎户座飞船电源系统总体方案,发电、控制、储能等功能产品详细方案,以及部分地面测试和在轨飞行情况。对猎户座飞船电源系统供配电架构、冗余度及可靠性设计、电池类产品安全性设计、结构机构类产品承载性设计等进行分析,梳理出登月飞船电源系统研制过程中需重点关注的问题及建议,可为中国该类飞船电源系统研制提供技术参考。

神舟飞船高精度星敏感器设计概述及在轨验证

给出了中国神舟系列飞船所采用的高精度星敏感器的设计方案和在轨验证结果。在镜头设计方面,采用了光阑前置结构型式,满足小型化和长寿命应用需求;在整机结构设计方面,采用了“框架组合环绕式”一体化结构,注重轻量化与稳定性;在电路设计方面,采用了抗辐照加固的APS图像传感器、处理器和ASIC,确保全寿命周期内高灵敏度探测与高可靠信息处理;在算法方面,采用了聚类提取、快速三角形识别、卷帘补偿以及曝光时间动态调整等算法,实现精度、更新率、动态和捕获等关键性能指标;此外,对整机热稳定性进行了改进,确保星敏感器性能可以良好保持。该星敏感器已成功应用于载人航天、探月及北斗三号等一系列重大工程,在轨应用数量达到200余台。

月球探测器外热流与散热能力分析

给出在不同高度和β角的环月圆轨道下,探测器的太阳和月球红外热流密度,并分析了其热流随轨道变化的规律。在嫦娥三号探测器热分析中采用月面月壤热数学模型,计算了着陆月面探测器表面在全月昼不同太阳高度角下的太阳热流和月表红外热流密度。通过对各个表面散热能力的分析总结,得出了背月面和背阳面的两个有效散热面,可为环月和月表探测器热设计提供参考。

绕月与月面探测热环境及影响因素研究

为全面分析绕月和月面探测器可能经历的热环境作为热控设计依据,文章给出了典型高度和β角的环月圆轨道中,绕月探测航天器接收的太阳和月球红外热流密度及其变化规律。针对复杂月表地形,提出并采用月面三维月壤热模型,计算给出了不同太阳高度角下月面探测器在常规平坦月表的外热流密度情况,定量研究了月面山丘高度及其与探测器距离对探测器表面接收红外热流的影响程度,定性分析了复杂月表地形和月尘对探测器表面红外热流的影响。

月球轨道交会任务的远程导引变轨策略研究

对国内外月球轨道交会远程导引段变轨策略的2～5脉冲变轨方案进行了比较分析,在考虑月球轨道交会飞行任务测控资源有限和航天器所带燃料受限等特点的基础上,确定了我国月球轨道交会远程导引段的变轨策略为4脉冲方案;并介绍了在4脉冲基线轨道方案的基础上,进行标称轨道设计和月面上升窗口初步分析的结果。研究结果可为我国月球轨道交会对接任务提供参考。

红外预警卫星空间虚警源辐射特性分析

针对红外预警卫星的虚警问题,研究了地球同步轨道红外预警卫星的空间辐射环境。在计算卫星探测谱段内的地球背景辐射特性并将其作为衡量基准的基础上,分析了空间环境中可能造成红外预警卫星虚警的辐射源,并对各种空间辐射源在红外预警卫星短波探测谱段2.63～2.83μm和中波探测谱段4.18～4.50μm的辐射特性进行了数值计算。结果表明:太阳直接辐射对卫星探测器的辐照度远大于卫星的背景辐射强度,应采取规避措施;红外预警卫星的主要虚警源为月球辐射和近地轨道航天器辐射;月球辐射的影响主要来自镜头的聚焦作用;近地轨道航天器辐射的影响发生在红外预警卫星的中波探测谱段,研究结果可为研究相应的背景抑制及虚警源识别技术提供参考。

迭代制导在月面上升段的应用研究

针对迭代制导在月面上升段的应用开展研究。首先对迭代制导基本原理及其在运载火箭上的应用进行了回顾,给出了月面上升段的动力学模型和迭代制导算法模型。并通过对比应用场景,深入研究了垂直起飞段和迭代制导段的衔接,提出了针对月面上升段特点、兼顾工程可实现性和燃料最优的迭代制导应用方案。对发射点参数、目标轨道参数、迭代初值的获取方式进行了讨论。最后以阿波罗12号飞船载人月面返回的任务场景为算例,进行Monte Carlo模拟打靶数学仿真验证,表明迭代制导在月面上升段具有较高的入轨精度。

基于虚拟仿真技术的探月工程二期航天器总装工艺设计

文章基于虚拟仿真技术在航天器总装工艺设计中的应用,以探月工程二期"嫦娥三号"的总装工艺设计为对象,对航天器虚拟总装环境的建立过程和方法进行了具体描述,对虚拟仿真技术在总装工艺流程设计、实施方案设计、工装优化设计以及人机工效分析等几个方面的应用进行实施效果评价。结果表明,虚拟仿真技术有助于航天器总装工艺方案和流程设计的优化,能增强工艺设计的可实施性,提高地面支持设备设计的合理性,并可降低工艺设计过程对工艺人员个人经验的依赖。

探月飞船预测-校正再入制导律设计

针对以第二宇宙速度返回的探月飞船再入制导律设计问题,采用一种数值预测-校正的预测制导法,分析了飞船配平攻角的飞行特性,建立了再入三自由度运动方程,进而详细介绍了预测-校正及其纵向、横向制导律的基本原理。通过标准初始状态、有误差初始状态两种条件下的仿真分析,表明这种预测-校正制导律在满足各种约束的条件下,不仅能够达到较高的精度,而且对初始误差具有良好的鲁棒性,能够应付再入时各种不确定性因素的影响。

“嫦娥七号”探测器任务综述

近年来国际上月球探测区域主要集中在月球南极,“嫦娥七号”探测器任务,将实现对月球南极“绕”“落”“巡”“飞跃”四位一体综合探测。介绍了月球南极不同于中低纬度地区的特殊环境,分析了特殊环境条件对探测器设计带来的诸多挑战;给出了探测器的总体方案设计,包括系统组成和飞行流程,以及探测器需突破以复杂地形高精度定点软着陆、月面飞跃、月面着陆采样行走、全局感知与任务规划、水冰与挥发分保真采样为代表的一系列先进技术。为任务顺利实施和后续航天事业奠定了坚实的技术基础。

嫦娥一号卫星紫外月球敏感器

探月工程是我国航天领域的又一项重大工程项目,嫦娥一号卫星是探月工程的第一步。嫦娥一号卫星首次采用了一种全新的光学姿态敏感器——紫外月球敏感器,实现在卫星环月飞行期间的姿态测量任务。紫外月球敏感器是一种以月球为姿态参考源的大视场成像式光学姿态敏感器,本文介绍其工作原理、功能与组成以及在轨飞行试验的相关情况。

论月球资源和航天月球探测

月球有珍贵的信息资源 ,丰盛的物质资源 ,奇特的环境资源和高远的位置资源。月球是航天深空探测的重点天体。长久以来的天文观察和最近 4 5年来的航天探测 ,已使人类对月球的面目有了相当多的认识。

基于瞬态动力学方法的月球探测器软着陆腿着陆冲击性能分析

月球探测器着陆冲击性能是月面软着陆的关键。以月球探测器铝蜂窝缓冲软着陆腿为研究对象,基于瞬态动力学方法,对其2级铝蜂窝缓冲器进行了建模和缓冲性能验证;建立了铝蜂窝软着陆腿瞬态动力学分析模型,并进行了单条软着陆腿着陆冲击仿真分析,研究了结构响应对软着陆腿着陆冲击性能的影响。结果表明:该瞬态动力学分析模型的缓冲器能量吸收、缓冲行程和探测器机体加速度响应峰值等分析结果与实验符合较好;2级蜂窝缓冲软着陆腿着陆过程中,当第2级蜂窝开始压缩时探测器机体加速度响应最大;软着陆腿结构柔性变形及储能导致了软着陆腿着陆性能恶化。

中高轨航天器月影下能量平衡计算方法

针对使用锂离子蓄电池组的中高轨航天器,提出了一种月影下的太阳电池阵输出功率计算方法,构建了典型的中高轨航天器电源分系统的仿真模型,开展了航天器月影下能量平衡的仿真。采用该方法对某卫星月影下的能量平衡情况进行了计算,并将计算结果与实际遥测数据进行比对,结果表明:该方法可以实现航天器月影下功率平衡的高精度计算。文章提出的方法可以为航天器在轨月影的预测和月影期间蓄电池组的在轨管理提供参考。

重复使用单级月面着陆与上升器方案设计与制导

通过多方案对比分析,提出了一种采用水平姿态垂直着陆的重复使用氢氧动力单级月面着陆与上升飞行器方案,并针对飞行器制动段推进剂消耗量较大、精度低的问题,提出单级月面着陆与上升飞行器凸优化制导方法,进行了凸优化问题建模及仿真、影响因子分析。研究结果表明,所提单级月面着陆与上升飞行器方案系统简单可靠,可以适应新一代载人运载火箭运载能力要求;所提单级月面着陆与上升飞行器凸优化制导方法应用在水平姿态垂直着陆制动段具有较好的任务适应性,可在满足着陆姿态、位置精度等多约束下获得推进剂消耗量优化结果。重复使用单级氢氧月面着陆与上升器方案应用到环月轨道与月面往返的重复使用运载任务中,可拓展提供轨道间运输+月球表面运输的一体化运载工具,工程效费比高,为未来大规模地月空间探索与开发提供全新的运输系统解决思路。

考虑月球升交点黄经的地月低能转移轨道

地月转移轨道研究的基本模型主要是限制性二体模型和限制性三体模型。在限制性三体建模下,基于轨道分类理论的地月脉冲变轨比传统的霍曼变轨节省了更多的燃料(至少13%以上)。单独的"地球-月球-飞行器"的限制性三体问题无法应用轨道分类的理论进行轨道设计,必须加入太阳。文章考虑了月球升交点赤经、黄白交角,以及正确的地月系统稳定流形的方向,整个"太阳-地球-月球-飞行器"系统拆分为"地球-月球-飞行器"的平面圆型限制性三体问题,和"太阳-地球-飞行器"三维圆型限制性三体问题进行分析,并利用Matlab仿真验证了方案的可行性。