2022年 第9卷 第1期
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2022, 9(1): 3-13.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210138
摘要:
月表配电网架是月球科研站长久稳定供电的动力来源和骨架支撑。微型核反应堆重量轻、结构紧凑、拓展性好，能够为月球科研站发电装置提供持久的能量来源。为了满足月球科研任务和未来建设大型月球基地的需要，月表配电网架必须具备高可靠性和可扩展性。提出了一种融合微型核反应堆的月表高可靠可扩展配电网架，同时提出了可保证月表供电系统大功率高可靠运行的配套供电保障技术，从月表配电网的拓扑结构、分区互联和运行控制方法三个方面论述了所提配电网架的可行性及应用优势。本设想期望能够为载人登月、地外星体基地建设计划提供有益思考和启发。
月表配电网架是月球科研站长久稳定供电的动力来源和骨架支撑。微型核反应堆重量轻、结构紧凑、拓展性好，能够为月球科研站发电装置提供持久的能量来源。为了满足月球科研任务和未来建设大型月球基地的需要，月表配电网架必须具备高可靠性和可扩展性。提出了一种融合微型核反应堆的月表高可靠可扩展配电网架，同时提出了可保证月表供电系统大功率高可靠运行的配套供电保障技术，从月表配电网的拓扑结构、分区互联和运行控制方法三个方面论述了所提配电网架的可行性及应用优势。本设想期望能够为载人登月、地外星体基地建设计划提供有益思考和启发。
2022, 9(1): 14-20.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210071
摘要:
“嫦娥四号”中继星于2018年6月14日成功进入地月L2点Halo轨道，承担地面测控站与“嫦娥四号”着陆器的数据传输功能。目前“嫦娥四号”中继星处于稀疏观测模式，平均4~5天进行一次观测。分析了2021年1月“嫦娥四号”中继星绕地月L2点的定轨精度，结果表明：中继星绕L2点轨道精度优于2 km，包含有甚长基线干涉测量技术（Very Long Baseline Interferometry, VLBI）时延和时延率的弧段达到百米量级；在有VLBI观测的前提下，合理分配测距和测速弧段的覆盖时段，能在数据覆盖率相同的情况下有效提高轨道精度。
“嫦娥四号”中继星于2018年6月14日成功进入地月L2点Halo轨道，承担地面测控站与“嫦娥四号”着陆器的数据传输功能。目前“嫦娥四号”中继星处于稀疏观测模式，平均4~5天进行一次观测。分析了2021年1月“嫦娥四号”中继星绕地月L2点的定轨精度，结果表明：中继星绕L2点轨道精度优于2 km，包含有甚长基线干涉测量技术（Very Long Baseline Interferometry, VLBI）时延和时延率的弧段达到百米量级；在有VLBI观测的前提下，合理分配测距和测速弧段的覆盖时段，能在数据覆盖率相同的情况下有效提高轨道精度。
2022, 9(1): 21-28.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20191213002
摘要:
“嫦娥四号”中继星目前正稳定运行在地月L2点使命轨道，期间进行了再生伪码测距试验，试验期间交叉进行了再生伪码测距和侧音测距。利用“嫦娥四号”中继星在地月L2点使命轨道的再生伪码测距数据和侧音测距数据，进行了定轨精度评估。结果显示再生伪码测距数据的均方根误差（Root Mean Square Error，RMS）优于侧音测距数据RMS一个量级，同时再生伪码测距数据定轨和预报精度优于侧音测距数据一倍。这对再生伪码测距在中国后续深空探测任务中的应用具有参考意义。
“嫦娥四号”中继星目前正稳定运行在地月L2点使命轨道，期间进行了再生伪码测距试验，试验期间交叉进行了再生伪码测距和侧音测距。利用“嫦娥四号”中继星在地月L2点使命轨道的再生伪码测距数据和侧音测距数据，进行了定轨精度评估。结果显示再生伪码测距数据的均方根误差（Root Mean Square Error，RMS）优于侧音测距数据RMS一个量级，同时再生伪码测距数据定轨和预报精度优于侧音测距数据一倍。这对再生伪码测距在中国后续深空探测任务中的应用具有参考意义。
2022, 9(1): 29-41.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210141
摘要:
针对无法主动调姿和灵活漫游的传统星表着陆器不适用于未来大范围星表探测和星表基地建设等任务的问题，提出了一种可移动月球着陆器。首先，介绍了可移动月球着陆器的系统组成以及各子系统的组成；其次，介绍了可变构型式本体和缓冲/驱动集成式缓冲器的功能及实现；然后，建立了缓冲/行走一体化腿足机构的运动学模型，设计了减少调姿次数的直线行走和转弯等步态，规划了足端迈步与整器调姿等工况下的腿足机构各关节运动轨迹，并通过建立整器虚拟样机模型完成了步态仿真；最后，研制了行走试验样机并搭建了试验辅助设施，完成了行走步态试验。结果表明：所提出的可移动着陆器系统设计合理，步态规划有效，各主动驱动关节的运动轨迹平滑柔顺，移动过程中着陆器本体无较大起伏和偏移，行走速度可达0.01 m/s，转弯速度可达0.6 °/s。
针对无法主动调姿和灵活漫游的传统星表着陆器不适用于未来大范围星表探测和星表基地建设等任务的问题，提出了一种可移动月球着陆器。首先，介绍了可移动月球着陆器的系统组成以及各子系统的组成；其次，介绍了可变构型式本体和缓冲/驱动集成式缓冲器的功能及实现；然后，建立了缓冲/行走一体化腿足机构的运动学模型，设计了减少调姿次数的直线行走和转弯等步态，规划了足端迈步与整器调姿等工况下的腿足机构各关节运动轨迹，并通过建立整器虚拟样机模型完成了步态仿真；最后，研制了行走试验样机并搭建了试验辅助设施，完成了行走步态试验。结果表明：所提出的可移动着陆器系统设计合理，步态规划有效，各主动驱动关节的运动轨迹平滑柔顺，移动过程中着陆器本体无较大起伏和偏移，行走速度可达0.01 m/s，转弯速度可达0.6 °/s。
2022, 9(1): 42-52.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210134
摘要:
月球两极永久阴影区（Permanently Shadowed Regions，PSR）全年没有直接光照，搜寻PSR内的月球水冰是“嫦娥七号”的主要任务之一。人类至今没有在PSR着陆，中国的“嫦娥七号”任务计划在PSR附近的太阳直射区域登陆，着陆器上携带的飞跃器将进入PSR进行采样与分析。如何选择登月点和取样点是该项任务的一个关键，结合高精度的数字高程模型，“嫦娥七号”卫星搭载的极化合成孔径雷达（Polarization Synthetic Aperture Radar，Pol-SAR）可以进一步确定月表面的高低起伏状态，以确定平缓表面的登月点与采样点，及小飞跃器的飞行路线。通过将美国“月球轨道勘测器”（Lunar Reconnaissance Orbiter，LRO）上面的微型雷达Mini-RF采集的雷达图像与太阳直射区域光学图像对比，以希吉努斯（Hyginus）陨石坑附近区域和“嫦娥四号”着陆区为例，来分析Pol-SAR在筛选平坦表面作为登月点与采样点时的作用。率先将HRNet网络应用于月球SAR图像分割，并讨论了人工神经网络在探月SAR图像信息获取中的应用。以月球南极的舒梅克（Shoemaker）陨石坑和沙克尔顿（Shackleton）陨石坑为例，找出永久阴影区平坦的区域，作为“嫦娥七号”SAR探测的方法参考。
月球两极永久阴影区（Permanently Shadowed Regions，PSR）全年没有直接光照，搜寻PSR内的月球水冰是“嫦娥七号”的主要任务之一。人类至今没有在PSR着陆，中国的“嫦娥七号”任务计划在PSR附近的太阳直射区域登陆，着陆器上携带的飞跃器将进入PSR进行采样与分析。如何选择登月点和取样点是该项任务的一个关键，结合高精度的数字高程模型，“嫦娥七号”卫星搭载的极化合成孔径雷达（Polarization Synthetic Aperture Radar，Pol-SAR）可以进一步确定月表面的高低起伏状态，以确定平缓表面的登月点与采样点，及小飞跃器的飞行路线。通过将美国“月球轨道勘测器”（Lunar Reconnaissance Orbiter，LRO）上面的微型雷达Mini-RF采集的雷达图像与太阳直射区域光学图像对比，以希吉努斯（Hyginus）陨石坑附近区域和“嫦娥四号”着陆区为例，来分析Pol-SAR在筛选平坦表面作为登月点与采样点时的作用。率先将HRNet网络应用于月球SAR图像分割，并讨论了人工神经网络在探月SAR图像信息获取中的应用。以月球南极的舒梅克（Shoemaker）陨石坑和沙克尔顿（Shackleton）陨石坑为例，找出永久阴影区平坦的区域，作为“嫦娥七号”SAR探测的方法参考。
2022, 9(1): 53-61.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210131
摘要:
“天问一号”火星探测任务是中国通过一次发射，实现对火星“绕、落、巡”的探测任务。火星探测任务的进入、下降及着陆段（Entry，Descent and Landing，EDL）是整个任务过程中最为重要的环节之一。基于该过程中继通信任务特点，介绍了“天问一号”火星探测器为适应EDL段通信任务时序复杂、高自主性、黑障现象以及高动态性等特点的中继通信系统方案及关键技术。同时结合“天问一号”软着陆任务，对EDL段中继通信在轨验证情况进行了总结和分析。提出的中继通信系统方案圆满支持了“天问一号”火星探测EDL段中继通信任务。
“天问一号”火星探测任务是中国通过一次发射，实现对火星“绕、落、巡”的探测任务。火星探测任务的进入、下降及着陆段（Entry，Descent and Landing，EDL）是整个任务过程中最为重要的环节之一。基于该过程中继通信任务特点，介绍了“天问一号”火星探测器为适应EDL段通信任务时序复杂、高自主性、黑障现象以及高动态性等特点的中继通信系统方案及关键技术。同时结合“天问一号”软着陆任务，对EDL段中继通信在轨验证情况进行了总结和分析。提出的中继通信系统方案圆满支持了“天问一号”火星探测EDL段中继通信任务。
2022, 9(1): 62-71.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210124
摘要:
2021年5月15日，中国“祝融号”火星车成功登陆火星乌托邦平原南部，首次独立在一次任务中成功实现“绕、落、巡”的探测目标。火星车高精度定位对于火星任务的顺利实施和后续科学研究都至关重要，如火星车路径规划和规避危险区域。详细介绍了基于多源影像的“祝融号”火星车定位方法，采用由粗至精的策略实现了着陆点在轨道器高分影像的精确定位，采用相对定位和绝对定位相结合的地面修正方式实现了火星车站点的连续高精度定位。对多源影像的定位方法进行了实验验证，结果表明基于视觉的着陆点定位精度能优于高分轨道器影像1个像素，基于光束法平差的相对定位精度在距离10 m左右时优于3%。基于多源影像的定位方法已成功应用于“祝融号”火星车定位，高精度的定位结果有力地保障了火星车在火面进行安全高效移动。
2021年5月15日，中国“祝融号”火星车成功登陆火星乌托邦平原南部，首次独立在一次任务中成功实现“绕、落、巡”的探测目标。火星车高精度定位对于火星任务的顺利实施和后续科学研究都至关重要，如火星车路径规划和规避危险区域。详细介绍了基于多源影像的“祝融号”火星车定位方法，采用由粗至精的策略实现了着陆点在轨道器高分影像的精确定位，采用相对定位和绝对定位相结合的地面修正方式实现了火星车站点的连续高精度定位。对多源影像的定位方法进行了实验验证，结果表明基于视觉的着陆点定位精度能优于高分轨道器影像1个像素，基于光束法平差的相对定位精度在距离10 m左右时优于3%。基于多源影像的定位方法已成功应用于“祝融号”火星车定位，高精度的定位结果有力地保障了火星车在火面进行安全高效移动。
2022, 9(1): 72-79.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210133
摘要:
针对天体表面探测遥操作模拟验证需求和特点，设计实现了综合天体表面地形模拟、模拟星球车、地形扫描测量与遥操作处理评估等功能的天体表面探测遥操作模拟验证系统。以人工砂搭建可变形表面模拟环境，研制了具有感知、移动及规划结果响应功能的模拟星球车，提出了基于激光扫描的地形测量与星球车位姿测量方法，建立了基于模拟场景和星球车的天体表面探测遥操作模拟验证系统，对火星表面探测的感知、规划等关键作业过程进行了模拟验证，为天体表面探测遥操作实际实施提供了有力支撑。
针对天体表面探测遥操作模拟验证需求和特点，设计实现了综合天体表面地形模拟、模拟星球车、地形扫描测量与遥操作处理评估等功能的天体表面探测遥操作模拟验证系统。以人工砂搭建可变形表面模拟环境，研制了具有感知、移动及规划结果响应功能的模拟星球车，提出了基于激光扫描的地形测量与星球车位姿测量方法，建立了基于模拟场景和星球车的天体表面探测遥操作模拟验证系统，对火星表面探测的感知、规划等关键作业过程进行了模拟验证，为天体表面探测遥操作实际实施提供了有力支撑。
2022, 9(1): 80-87.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210128
摘要:
地外天体的采样是未来深空探测领域的重要发展方向。与近地轨道任务不同，地外天体采样在任务执行期间通常会受通信时延大、能源有限以及非结构任务执行环境等多方面因素制约，一方面地面系统无法实时支持，需要航天器具有较高的自主能力，但另一方面航天器上系统计算资源有限，任务环境有较高的不确知性，导致航天器上全自主设计复杂且可靠性低，在很大程度上仍需要地面系统决策支持，两方面相互矛盾影响并阻碍了任务的顺利实施。针对此，通过分析地外天体采样系统及其对人工智能技术的需求，设计构建了基于人工智能技术的地外天体采样柔性系统，系统支持通过柔性配置航天器和地面系统在任务执行过程中的任务功能模块，从而逐渐实现航天器高自主能力提高任务执行效率。该系统通过“嫦娥五号”采样封装专项试验得到了验证和应用，验证结果显示：在该系统支持下可显著提高采样任务执行效率和可靠性。
地外天体的采样是未来深空探测领域的重要发展方向。与近地轨道任务不同，地外天体采样在任务执行期间通常会受通信时延大、能源有限以及非结构任务执行环境等多方面因素制约，一方面地面系统无法实时支持，需要航天器具有较高的自主能力，但另一方面航天器上系统计算资源有限，任务环境有较高的不确知性，导致航天器上全自主设计复杂且可靠性低，在很大程度上仍需要地面系统决策支持，两方面相互矛盾影响并阻碍了任务的顺利实施。针对此，通过分析地外天体采样系统及其对人工智能技术的需求，设计构建了基于人工智能技术的地外天体采样柔性系统，系统支持通过柔性配置航天器和地面系统在任务执行过程中的任务功能模块，从而逐渐实现航天器高自主能力提高任务执行效率。该系统通过“嫦娥五号”采样封装专项试验得到了验证和应用，验证结果显示：在该系统支持下可显著提高采样任务执行效率和可靠性。
2022, 9(1): 88-98.
doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210063
摘要:
“长征五号”运载火箭的大推力氢氧发动机的氢系统采用循环泵驱动的循环预冷方案。永磁同步电机是循环泵的动力元件，采用无传感器矢量控制技术进行控制。介绍了液氢循环预冷控制系统设计方案，阐述了坐标变换和数学建模、空间矢量脉宽调制技术、无传感器控制技术的设计原理，对两种系统传输线缆设计进行了分析和对比。对振荡周期、液氮环境循环泵抖振、液氢环境电机失速等研究内容进行了仿真试验验证和系统级试验验证。仿真结果表明：采用无传感器矢量控制技术的循环预冷控制系统具有安装简单、转速调节灵活和负载波动适应能力强等优点。
“长征五号”运载火箭的大推力氢氧发动机的氢系统采用循环泵驱动的循环预冷方案。永磁同步电机是循环泵的动力元件，采用无传感器矢量控制技术进行控制。介绍了液氢循环预冷控制系统设计方案，阐述了坐标变换和数学建模、空间矢量脉宽调制技术、无传感器控制技术的设计原理，对两种系统传输线缆设计进行了分析和对比。对振荡周期、液氮环境循环泵抖振、液氢环境电机失速等研究内容进行了仿真试验验证和系统级试验验证。仿真结果表明：采用无传感器矢量控制技术的循环预冷控制系统具有安装简单、转速调节灵活和负载波动适应能力强等优点。
