当期目录
2022年 第9卷 第6期
栏目
显示方式:
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。
