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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20210155
摘要:
“天问一号”的惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）产品是其导航系统的核心敏感器，IMU中的陀螺和加速度计在安装过程中存在安装误差以及标度因数非线性等因素导致安装矩阵非正交，从而影响IMU惯导精度。针对陀螺和加速度计安装矩阵误差特性进行分析，提出安装矩阵行向量正交化算法，提升了陀螺和加计安装矩阵正交性，降低了安装误差角在正交化过程中的畸变，开展了典型工况IMU惯导标定测试，试验结果表明：安装矩阵按行向量正交化处理后IMU惯导姿态精度提升15.8%~54.7%，位置精度提升45.2%~85.7%。采用上述方法，静态导航各工况位姿性能提升百分比较为一致且与试验时间不相关，动态导航各工况位姿性能提升百分比较为一致且与旋转角度累加和不相关。
“天问一号”的惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）产品是其导航系统的核心敏感器，IMU中的陀螺和加速度计在安装过程中存在安装误差以及标度因数非线性等因素导致安装矩阵非正交，从而影响IMU惯导精度。针对陀螺和加速度计安装矩阵误差特性进行分析，提出安装矩阵行向量正交化算法，提升了陀螺和加计安装矩阵正交性，降低了安装误差角在正交化过程中的畸变，开展了典型工况IMU惯导标定测试，试验结果表明：安装矩阵按行向量正交化处理后IMU惯导姿态精度提升15.8%~54.7%，位置精度提升45.2%~85.7%。采用上述方法，静态导航各工况位姿性能提升百分比较为一致且与试验时间不相关，动态导航各工况位姿性能提升百分比较为一致且与旋转角度累加和不相关。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20210086
摘要:
针对火星探测器空间环境特点和热控设计难点，提出了一种适用于火星环绕器的推进管路热控设计方法，通过采用优化的加热功率、合适的多层层数和适宜的加热器分区实现地火空间复杂外热流下的管路控温。将该方法在“天问一号”火星环绕器推进管路设计中进行分析与验证，对影响热控设计的因素如舱内外环境温度变化、管路是否有工质、是否受太阳照射、包覆多层层数以及加热功率等进行了分析。研究表明，该方法具有高度环境适应性，在环绕器飞行全过程及变轨条件下均能适应。未来需重点关注管路加热功率的设计和舱外多层包覆层数的影响，舱外管路受阳光照射影响大，设计时应尽量避免阳光照射。以上研究结果可为后续深空探测推进管路热控设计提供一定的参考。
针对火星探测器空间环境特点和热控设计难点，提出了一种适用于火星环绕器的推进管路热控设计方法，通过采用优化的加热功率、合适的多层层数和适宜的加热器分区实现地火空间复杂外热流下的管路控温。将该方法在“天问一号”火星环绕器推进管路设计中进行分析与验证，对影响热控设计的因素如舱内外环境温度变化、管路是否有工质、是否受太阳照射、包覆多层层数以及加热功率等进行了分析。研究表明，该方法具有高度环境适应性，在环绕器飞行全过程及变轨条件下均能适应。未来需重点关注管路加热功率的设计和舱外多层包覆层数的影响，舱外管路受阳光照射影响大，设计时应尽量避免阳光照射。以上研究结果可为后续深空探测推进管路热控设计提供一定的参考。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220008
摘要:
基于火星环绕探测的任务需求，围绕行星际转移及环火飞行的约束条件和环境特点，首先分析了火星环绕探测任务面临的主要技术难点，结合火星环绕器的任务要求和功能特点，总结了火星环绕探测的关键技术和解决途径，主要有自主安全捕获控制、长日凌自主管理、高速测控数传一体化、多码率自适应中继通信等技术。随后综述了环绕探测平台功能及技术的发展历程、趋势和创新性，具体有对地通信速率、导航与变轨能力、结构承载与推进系统等，根据未来火星探测需求，分析了环绕平台需要发展的新能力。最后，对未来环绕探测方向进行了分析。
基于火星环绕探测的任务需求，围绕行星际转移及环火飞行的约束条件和环境特点，首先分析了火星环绕探测任务面临的主要技术难点，结合火星环绕器的任务要求和功能特点，总结了火星环绕探测的关键技术和解决途径，主要有自主安全捕获控制、长日凌自主管理、高速测控数传一体化、多码率自适应中继通信等技术。随后综述了环绕探测平台功能及技术的发展历程、趋势和创新性，具体有对地通信速率、导航与变轨能力、结构承载与推进系统等，根据未来火星探测需求，分析了环绕平台需要发展的新能力。最后，对未来环绕探测方向进行了分析。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220046
摘要:
针对中国首次自主火星探测任务——“天问一号”行星际转移及环绕飞行过程面临的器–地数据传输延时长、飞行过程指向约束多、自主可靠要求高等难题，提出了基于火星光学目标特性测量的自主导航、推力方向补偿的速度矢量控制以及多目标指向基准优化的角动量管理方法。通过对火星时变目标特性的自适应边缘提取和基于椭球模型的边缘精确拟合，获得目标高精度导航观测信息，实现近火导航精度优于100 km、环火导航精度优于2 km；采用基于加速度计测量的推力方向实时估计及姿态前馈补偿，使制动捕获控制精度达到mm/s量级；结合多目标指向约束，以干扰力矩全局最优为目标进行姿态基准优化设计，保障超过30天无地面支持下的自主飞行控制。将其应用于“天问一号”环绕器制导 、 导航与控制（Guidance、Navigation and Control，GNC）分系统中，“天问一号”在轨飞行结果表明，所提方法能够满足星际飞行自主控制和自主管理的约束，为后续深空探测型号任务提供重要参考。
针对中国首次自主火星探测任务——“天问一号”行星际转移及环绕飞行过程面临的器–地数据传输延时长、飞行过程指向约束多、自主可靠要求高等难题，提出了基于火星光学目标特性测量的自主导航、推力方向补偿的速度矢量控制以及多目标指向基准优化的角动量管理方法。通过对火星时变目标特性的自适应边缘提取和基于椭球模型的边缘精确拟合，获得目标高精度导航观测信息，实现近火导航精度优于100 km、环火导航精度优于2 km；采用基于加速度计测量的推力方向实时估计及姿态前馈补偿，使制动捕获控制精度达到mm/s量级；结合多目标指向约束，以干扰力矩全局最优为目标进行姿态基准优化设计，保障超过30天无地面支持下的自主飞行控制。将其应用于“天问一号”环绕器制导 、 导航与控制（Guidance、Navigation and Control，GNC）分系统中，“天问一号”在轨飞行结果表明，所提方法能够满足星际飞行自主控制和自主管理的约束，为后续深空探测型号任务提供重要参考。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220036
摘要:
移动机器人作为月球探索的重要方式，足端力是步态控制的重要参量。为研究足端花纹设计对松散月壤中足-壤相互作用对足端抗滑移性能影响，分别对三角形、圆弧形和矩形3种足端花纹构型进行了防滑性能研究。通过数值仿真对不同花纹构型在相同竖向荷载下界面的抗滑移性能，通过等效原则得到了各花纹构型抗滑移参数。结果表明，足端花纹未完全刺入月壤前，相同竖向荷载作用下圆弧形花纹沉陷量最小，矩形花纹次之，三角形花纹沉陷量最大；同时，圆弧形花纹滑移量、应力峰值亦最小；足–壤接触面抗滑移模型下，相同沉陷量时矩形花纹等效抗剪强度最大其等效摩擦角33.44°、黏聚力2.58 kPa，圆弧形花纹最小其等效摩擦角30.16°、黏聚力2.48 kPa。
移动机器人作为月球探索的重要方式，足端力是步态控制的重要参量。为研究足端花纹设计对松散月壤中足-壤相互作用对足端抗滑移性能影响，分别对三角形、圆弧形和矩形3种足端花纹构型进行了防滑性能研究。通过数值仿真对不同花纹构型在相同竖向荷载下界面的抗滑移性能，通过等效原则得到了各花纹构型抗滑移参数。结果表明，足端花纹未完全刺入月壤前，相同竖向荷载作用下圆弧形花纹沉陷量最小，矩形花纹次之，三角形花纹沉陷量最大；同时，圆弧形花纹滑移量、应力峰值亦最小；足–壤接触面抗滑移模型下，相同沉陷量时矩形花纹等效抗剪强度最大其等效摩擦角33.44°、黏聚力2.58 kPa，圆弧形花纹最小其等效摩擦角30.16°、黏聚力2.48 kPa。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20210090
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针对中国首次行星际超远距离深空探测任务，“天问一号”火星探测器面临着由近地到深空超远距离的大动态飞行过程，实现全过程的对地测控数传通信成为“天问一号”火星探测任务的一个关键技术。“天问一号”火星环绕器测控数传通信系统通过多天线波束赋形的测控数传一体化技术、多码率自适应收发处理技术、高灵敏度信号捕获技术、超高灵敏度下的电磁干扰抑制技术以及极低温下大口径天线高精度稳定指向技术，实现了对–156 dBm微弱信号的高灵敏度捕获以及大动态下的数据自适应收发，除天体遮挡外全过程100%对地通信链路覆盖和波束覆盖，最远4亿km处对地数传速率达1 Mbps。该项技术已经在“天问一号”火星探测任务中得到了考核和验证，可以为后续深空探测任务中测控数传通信系统的设计与在轨工作提供参考。
针对中国首次行星际超远距离深空探测任务，“天问一号”火星探测器面临着由近地到深空超远距离的大动态飞行过程，实现全过程的对地测控数传通信成为“天问一号”火星探测任务的一个关键技术。“天问一号”火星环绕器测控数传通信系统通过多天线波束赋形的测控数传一体化技术、多码率自适应收发处理技术、高灵敏度信号捕获技术、超高灵敏度下的电磁干扰抑制技术以及极低温下大口径天线高精度稳定指向技术，实现了对–156 dBm微弱信号的高灵敏度捕获以及大动态下的数据自适应收发，除天体遮挡外全过程100%对地通信链路覆盖和波束覆盖，最远4亿km处对地数传速率达1 Mbps。该项技术已经在“天问一号”火星探测任务中得到了考核和验证，可以为后续深空探测任务中测控数传通信系统的设计与在轨工作提供参考。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20220006
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中国“天问一号”探测器环火飞行为星-地火星无线电掩星观测提供了必要条件，可有效支持火星大气、电离层反演探测。重点介绍国内首次基于“天问一号”的火星无线电掩星观测试验。首先，利用“天问一号”预报轨道，预报地面深空站掩星观测弧段；随后，组织深空站，对“天问一号”进行火星入掩全过程观测，采集与记录探测器原始下行信号；最后，利用自研深空开环测量软件，对“天问一号”下行信号进行处理分析，提取火星无线电掩星特征。结果表明：信号中幅度衍射斑纹与频率翘尾特征被成功提取，印证了此次星-地火星无线电掩星事件被有效观测，为后续基于“天问一号”的火星大气探测科学研究，积累了重要技术经验与测量数据。
中国“天问一号”探测器环火飞行为星-地火星无线电掩星观测提供了必要条件，可有效支持火星大气、电离层反演探测。重点介绍国内首次基于“天问一号”的火星无线电掩星观测试验。首先，利用“天问一号”预报轨道，预报地面深空站掩星观测弧段；随后，组织深空站，对“天问一号”进行火星入掩全过程观测，采集与记录探测器原始下行信号；最后，利用自研深空开环测量软件，对“天问一号”下行信号进行处理分析，提取火星无线电掩星特征。结果表明：信号中幅度衍射斑纹与频率翘尾特征被成功提取，印证了此次星-地火星无线电掩星事件被有效观测，为后续基于“天问一号”的火星大气探测科学研究，积累了重要技术经验与测量数据。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20210089
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梳理了火星环绕器2.5 m口径高增益天线在热设计、–195℃超低温环境适应性及热变形指向偏差评估分析与验证方面存在的技术难点，开展了设计和验证工作。基于热设计状态对天线在轨工作过程中典型工况下的温度场和热变形分布进行了仿真分析，并研制了一套大口径反射面天线真空热变形测量系统，完成了热变形测试验证。基于热变形数据，采用半物理仿真分析方法对高增益天线热变形后的波束指向偏差进行了评估分析。结果表明，热变形导致的波束指向偏差最大为0.028°，增益损失不超过0.5 dB，指向偏差和增益损失均在设计裕度范围内。经在轨测试，天线增益指向性能测试值与预估值吻合，有效验证了天线热设计和验证方法的准确性。
梳理了火星环绕器2.5 m口径高增益天线在热设计、–195℃超低温环境适应性及热变形指向偏差评估分析与验证方面存在的技术难点，开展了设计和验证工作。基于热设计状态对天线在轨工作过程中典型工况下的温度场和热变形分布进行了仿真分析，并研制了一套大口径反射面天线真空热变形测量系统，完成了热变形测试验证。基于热变形数据，采用半物理仿真分析方法对高增益天线热变形后的波束指向偏差进行了评估分析。结果表明，热变形导致的波束指向偏差最大为0.028°，增益损失不超过0.5 dB，指向偏差和增益损失均在设计裕度范围内。经在轨测试，天线增益指向性能测试值与预估值吻合，有效验证了天线热设计和验证方法的准确性。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220049
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针对深空探测器的自主任务规划的多约束需求，提出了基于动态奖励的强化学习深空探测器任务自主规划模型构建方法，建立了深空探测器智能体的交互环境，构建了策略网络和融合资源约束、时间约束以及时序约束的损失函数，并提出动态奖励机制对传统策略梯度学习方法进行了改进。仿真实验结果表明，本文方法可以实现自主任务规划，规划成功率和规划效率相比静态奖励策略梯度算法有明显的提升，并且该方法能在任意状态下开始规划而无需改变模型结构，提高了对不确定规划任务的适应性。该方法为深空探测器自主任务规划与决策提供了一种新的解决方案。
针对深空探测器的自主任务规划的多约束需求，提出了基于动态奖励的强化学习深空探测器任务自主规划模型构建方法，建立了深空探测器智能体的交互环境，构建了策略网络和融合资源约束、时间约束以及时序约束的损失函数，并提出动态奖励机制对传统策略梯度学习方法进行了改进。仿真实验结果表明，本文方法可以实现自主任务规划，规划成功率和规划效率相比静态奖励策略梯度算法有明显的提升，并且该方法能在任意状态下开始规划而无需改变模型结构，提高了对不确定规划任务的适应性。该方法为深空探测器自主任务规划与决策提供了一种新的解决方案。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220077
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针对未来对富挥发份小行星的遥感探测需求，开展了对碳质球粒陨石水蚀变的光谱学研究。分析了15个不同蚀变程度的碳质球粒陨石的1~20 μm红外光谱特征与岩石学性质，总结了水蚀变过程的光谱变异规律。结果表明：随着蚀变程度加深，指示层状硅酸盐与水分子的3 μm吸收带与仅指示水分子的6 μm吸收带的强度均加深，吸收中心均向短波方向移动。碳质球粒陨石的3 μm吸收带随蚀变程度增加而变得尖锐，吸收带光谱形态与蛇纹石类矿物的3 μm吸收特征类似，而6 μm吸收带形态随蚀变程度增加无明显变化。硅酸盐矿物在9~13 μm特征区的光谱形状也随蚀变程度增加而改变，12.4 μm/11.4 μm反射率比值减小，这是由于无水硅酸盐转化为层状硅酸盐。光谱变异规律未来可应用于小行星探测。
针对未来对富挥发份小行星的遥感探测需求，开展了对碳质球粒陨石水蚀变的光谱学研究。分析了15个不同蚀变程度的碳质球粒陨石的1~20 μm红外光谱特征与岩石学性质，总结了水蚀变过程的光谱变异规律。结果表明：随着蚀变程度加深，指示层状硅酸盐与水分子的3 μm吸收带与仅指示水分子的6 μm吸收带的强度均加深，吸收中心均向短波方向移动。碳质球粒陨石的3 μm吸收带随蚀变程度增加而变得尖锐，吸收带光谱形态与蛇纹石类矿物的3 μm吸收特征类似，而6 μm吸收带形态随蚀变程度增加无明显变化。硅酸盐矿物在9~13 μm特征区的光谱形状也随蚀变程度增加而改变，12.4 μm/11.4 μm反射率比值减小，这是由于无水硅酸盐转化为层状硅酸盐。光谱变异规律未来可应用于小行星探测。
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doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220007
摘要:
为解决火星车桅杆搭载小视场多光谱相机对特定目标精确指向的问题，设计了火星车桅杆精确指向方法，对火星车桅杆机构运动学过程进行了建模，设计了桅杆控制参数迭代求解方法以及火星车对目标探测工作流程，对提出的控制方法进行了误差分析。经过中国首次火星探测任务实践证明，设计的方法可满足多光谱相机精确指向的要求。
为解决火星车桅杆搭载小视场多光谱相机对特定目标精确指向的问题，设计了火星车桅杆精确指向方法，对火星车桅杆机构运动学过程进行了建模，设计了桅杆控制参数迭代求解方法以及火星车对目标探测工作流程，对提出的控制方法进行了误差分析。经过中国首次火星探测任务实践证明，设计的方法可满足多光谱相机精确指向的要求。
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2022, 9(6): 553-559.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210061
摘要:
在简述各国月球建筑研究发展的基础上，论述了紧扣需求、布局集约、模组可拓、原位利用、地月结合的月球建筑设计原则，依据月表和月坑两种不同建造环境，系统性地提出了具有中国特色的“三叶草”和“中国星”月球建筑方案，并分析给出了设计方案工程实施需预先突破的主要关键技术，为中国未来月球基地建设提供基础支撑。
在简述各国月球建筑研究发展的基础上，论述了紧扣需求、布局集约、模组可拓、原位利用、地月结合的月球建筑设计原则，依据月表和月坑两种不同建造环境，系统性地提出了具有中国特色的“三叶草”和“中国星”月球建筑方案，并分析给出了设计方案工程实施需预先突破的主要关键技术，为中国未来月球基地建设提供基础支撑。
2022, 9(6): 560-570.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220099
摘要:
月球科研站是深入开展月球科学探测，实现月球资源规模化开发利用的重要平台。受人类对月球认知深度和当前空间技术发展水平的制约，实施月球科研站设计建造任务仍然面临诸多技术难题。对月球科研站建造理念、体系组成、任务特点和技术挑战等进行了分析。在此基础上，论述了面向月球科研站设计、建造与运营过程的智能融合感知、协同控制、路径规划、故障检测、决策规划与人机交互等人工智能技术典型应用场景，为未来月球科研站建设和载人登月任务实施提供参考。
月球科研站是深入开展月球科学探测，实现月球资源规模化开发利用的重要平台。受人类对月球认知深度和当前空间技术发展水平的制约，实施月球科研站设计建造任务仍然面临诸多技术难题。对月球科研站建造理念、体系组成、任务特点和技术挑战等进行了分析。在此基础上，论述了面向月球科研站设计、建造与运营过程的智能融合感知、协同控制、路径规划、故障检测、决策规划与人机交互等人工智能技术典型应用场景，为未来月球科研站建设和载人登月任务实施提供参考。
2022, 9(6): 571-578.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220072
摘要:
月球南极极区丰富的资源和光照条件，尤其是潜在的水冰，使其成为当前各国开展探测活动的一大热点。由于南极地区地形崎岖、光照变化迅速的特点，使得探测任务着陆区的选址至关重要。选址结果直接决定了探测任务的成败，也是整体方案过程中各分系统开展设计的重要依据。围绕月球南极探测着陆区选址，结合月球和太阳星历的几何关系、月球南极地形和光照特点，给出了选址的影响因素及约束，提出了从工程角度考虑选址的方法，通过不同分辨率的数据源，利用先粗筛后精筛的策略确定优选着陆区。最后，通过算例初步给出了5个区域（Haworth北部、Shoemaker东北部和Shackleton西北部、西部及东南部），可为中国未来月球探测任务设计工作提供参考。
月球南极极区丰富的资源和光照条件，尤其是潜在的水冰，使其成为当前各国开展探测活动的一大热点。由于南极地区地形崎岖、光照变化迅速的特点，使得探测任务着陆区的选址至关重要。选址结果直接决定了探测任务的成败，也是整体方案过程中各分系统开展设计的重要依据。围绕月球南极探测着陆区选址，结合月球和太阳星历的几何关系、月球南极地形和光照特点，给出了选址的影响因素及约束，提出了从工程角度考虑选址的方法，通过不同分辨率的数据源，利用先粗筛后精筛的策略确定优选着陆区。最后，通过算例初步给出了5个区域（Haworth北部、Shoemaker东北部和Shackleton西北部、西部及东南部），可为中国未来月球探测任务设计工作提供参考。
2022, 9(6): 579-588.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220073
摘要:
针对月球极区低温、低光照的恶劣环境及月球科研站长期观测任务需求，提出一套多类型分布式能源系统架构，采用标准化、模块化、可扩展的设计思想，构建了基于核反应堆和光伏发电的大型能源系统、基于同位素和光伏发电的中型能源系统和基于智能电池包的小型能源系统技术，实现了长寿命、大功率、高可靠的持续稳定供电，解决了功率等级跨度大、电源种类多的难题，以满足月球科研站能源长期稳定供给需求；采用有线并网供电和无线能量传输技术，实现各类能源系统间的能源共享和功率扩展；基于分层管理的多通道能源管理方法，解决了能源自主健康管理所涉及顶层、中层、底层3个层次间的能量平衡问题，增强了对月球科研站任务的支持能力。
针对月球极区低温、低光照的恶劣环境及月球科研站长期观测任务需求，提出一套多类型分布式能源系统架构，采用标准化、模块化、可扩展的设计思想，构建了基于核反应堆和光伏发电的大型能源系统、基于同位素和光伏发电的中型能源系统和基于智能电池包的小型能源系统技术，实现了长寿命、大功率、高可靠的持续稳定供电，解决了功率等级跨度大、电源种类多的难题，以满足月球科研站能源长期稳定供给需求；采用有线并网供电和无线能量传输技术，实现各类能源系统间的能源共享和功率扩展；基于分层管理的多通道能源管理方法，解决了能源自主健康管理所涉及顶层、中层、底层3个层次间的能量平衡问题，增强了对月球科研站任务的支持能力。
2022, 9(6): 589-595.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220040
摘要:
基于在月球南极地区探测因遮挡导致测控链路受限问题，设计了同时采用两种四程中继测量模式的方案，并从观测值组合及噪声水平两个方面，对双程和四程测量模式在月球探测器定轨定位中的作用进行了分析。结果表明，同时应用两种四程模型对两颗卫星的定轨精度有较好约束，中继卫星对双程模型噪声更敏感，低轨卫星和着陆器的噪声敏感情况与四程观测值数量相关，着陆器的定位精度与两颗卫星的定轨精度相关，可为中继测量模式在探月工程四期的应用提供参考。
基于在月球南极地区探测因遮挡导致测控链路受限问题，设计了同时采用两种四程中继测量模式的方案，并从观测值组合及噪声水平两个方面，对双程和四程测量模式在月球探测器定轨定位中的作用进行了分析。结果表明，同时应用两种四程模型对两颗卫星的定轨精度有较好约束，中继卫星对双程模型噪声更敏感，低轨卫星和着陆器的噪声敏感情况与四程观测值数量相关，着陆器的定位精度与两颗卫星的定轨精度相关，可为中继测量模式在探月工程四期的应用提供参考。
2022, 9(6): 596-605.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220071
摘要:
针对载人登月、月球基地建设及月球科学研究等重大工程任务需求，利用原位资源利用技术，构建具备一定物资和能源供给能力的月面资源补给站，通过突破月面原位水冰光热提取、月面原位制氧、月面原位储能发电和月面原位建造等关键技术，以实现航天员月面驻留生存和月面活动所必须的居住防护舱建造，水、氧气和燃料等物资，以及光、热、电等能源的原位获取和补给，推动中国月球科考与开发活动，并逐步摆脱依赖地球补给进行月面长期驻留和科考。
针对载人登月、月球基地建设及月球科学研究等重大工程任务需求，利用原位资源利用技术，构建具备一定物资和能源供给能力的月面资源补给站，通过突破月面原位水冰光热提取、月面原位制氧、月面原位储能发电和月面原位建造等关键技术，以实现航天员月面驻留生存和月面活动所必须的居住防护舱建造，水、氧气和燃料等物资，以及光、热、电等能源的原位获取和补给，推动中国月球科考与开发活动，并逐步摆脱依赖地球补给进行月面长期驻留和科考。
2022, 9(6): 606-616.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220078
摘要:
“探月工程四期”计划前往月球南极永久阴影区开展月壤水冰钻探任务，获取深低温环境下月壤水冰的机–壤力学作用特性对采探机具的研制具有重要的意义。面向月壤水冰这一新研究对象，制备了与极区月壤水冰具有矿物组分、粒径级配相似性的切削试验用模拟月壤，首创并研制了液氮浴切削力载测试平台，建立了深低温月壤水冰模拟物的切削试验条件，在此基础上开展了月壤水冰模拟物的切削力载测试试验，并初步获得了不同切深、不同样本温度、不同样本含水率工况下的切削负载数据，可为钻进采样机具的研制提供参考依据。
“探月工程四期”计划前往月球南极永久阴影区开展月壤水冰钻探任务，获取深低温环境下月壤水冰的机–壤力学作用特性对采探机具的研制具有重要的意义。面向月壤水冰这一新研究对象，制备了与极区月壤水冰具有矿物组分、粒径级配相似性的切削试验用模拟月壤，首创并研制了液氮浴切削力载测试平台，建立了深低温月壤水冰模拟物的切削试验条件，在此基础上开展了月壤水冰模拟物的切削力载测试试验，并初步获得了不同切深、不同样本温度、不同样本含水率工况下的切削负载数据，可为钻进采样机具的研制提供参考依据。
2022, 9(6): 617-624.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220067
摘要:
在未来深空探测中，水冰资源的获取与转化是地外天体原位资源利用的重要环节。面向地外天体水冰资源原位利用问题，研究了含冰星壤钻取密封与水资源提取转化一体化技术，以实现水、氧、燃料等基本物资的原位补给，支撑深空探测过程关键技术的发展。首先在地面上构建了典型真空低温环境，研制了含冰星壤钻取密封与水冰光热提取利用一体化原理样机，包含星壤钻取、太阳能聚光加热、水资源冷凝与收集和氢氧光电化学合成装置4部分，并在真空低温环境下开展了原理样机试验。结果表明，该一体化技术能够实现含冰星壤的低功耗钻取，土壤输运速率＞ 1.7 kg/h，功耗＜ 100 W，水资源获取速率达26.6 g/h，氢氧分解的总气体产率达12.6 g/h。该研究验证了地外水冰资源提取技术原理的的可行性，同时为解决地外探索中对水氢氧等物资的生产和转化提供了技术支撑。
在未来深空探测中，水冰资源的获取与转化是地外天体原位资源利用的重要环节。面向地外天体水冰资源原位利用问题，研究了含冰星壤钻取密封与水资源提取转化一体化技术，以实现水、氧、燃料等基本物资的原位补给，支撑深空探测过程关键技术的发展。首先在地面上构建了典型真空低温环境，研制了含冰星壤钻取密封与水冰光热提取利用一体化原理样机，包含星壤钻取、太阳能聚光加热、水资源冷凝与收集和氢氧光电化学合成装置4部分，并在真空低温环境下开展了原理样机试验。结果表明，该一体化技术能够实现含冰星壤的低功耗钻取，土壤输运速率＞ 1.7 kg/h，功耗＜ 100 W，水资源获取速率达26.6 g/h，氢氧分解的总气体产率达12.6 g/h。该研究验证了地外水冰资源提取技术原理的的可行性，同时为解决地外探索中对水氢氧等物资的生产和转化提供了技术支撑。
2022, 9(6): 625-632.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220090
摘要:
在未来月面漫游巡视探测任务中，月球表面存在路况崎岖不平、缺乏结构化场景、表面纹理贫瘠等不利因素，为提升月面巡视器激光雷达定位精度，提出了一种历史路标重观测的月面巡视器激光雷达定位方法。首先对当前探测视野的点云地貌定时进行显著性研判，并提取重观测的路标，根据实时监测巡视器位姿状态估计确定路标重观测的触发时刻，最终通过点云配准获得精确位姿。仿真结果表明，路标重观测方法可将系统历史位姿估计与当前点云观测进行融合互补，有效抑制噪声引起的数据漂移，提高了月面巡视器定位精度。
在未来月面漫游巡视探测任务中，月球表面存在路况崎岖不平、缺乏结构化场景、表面纹理贫瘠等不利因素，为提升月面巡视器激光雷达定位精度，提出了一种历史路标重观测的月面巡视器激光雷达定位方法。首先对当前探测视野的点云地貌定时进行显著性研判，并提取重观测的路标，根据实时监测巡视器位姿状态估计确定路标重观测的触发时刻，最终通过点云配准获得精确位姿。仿真结果表明，路标重观测方法可将系统历史位姿估计与当前点云观测进行融合互补，有效抑制噪声引起的数据漂移，提高了月面巡视器定位精度。
2022, 9(6): 633-640.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220081
摘要:
“天问一号”着陆巡视器着陆火星表面后，器外电缆将面临极端温度环境，针对电缆在低温转动工况下更容易发生电连接器和导线材料损坏的问题，设计了一种转动电缆极端低温环境适应性试验方法，验证转动电缆在火星低温环境下经历多次转动后，电缆组件包含电连接器、导线及辅料的结构完整性、电性能稳定性。“天问一号”探测器的在轨飞行进一步证明了该试验方法的有效性，为后续深空探测任务中电缆对复杂温度环境的适应性提供试验方法和技术支撑。
“天问一号”着陆巡视器着陆火星表面后，器外电缆将面临极端温度环境，针对电缆在低温转动工况下更容易发生电连接器和导线材料损坏的问题，设计了一种转动电缆极端低温环境适应性试验方法，验证转动电缆在火星低温环境下经历多次转动后，电缆组件包含电连接器、导线及辅料的结构完整性、电性能稳定性。“天问一号”探测器的在轨飞行进一步证明了该试验方法的有效性，为后续深空探测任务中电缆对复杂温度环境的适应性提供试验方法和技术支撑。
2014年创刊 双月刊
主 管：工业和信息化部
主 办：
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中国宇航学会深空探测技术专业委员会
主 编：吴伟仁
ISSN 2096-9287CN 10-1707/V
地 址：中关村南大街5号
电 话：（010）68915831 / 68915834
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