月球航天探测和月球测绘

19世纪60年代以来的几十年中,人类一直试图发射航天器对月球以及月球的远月面进行探测.美国和前苏联发射了各类月球探测器达70余个,对月球进行探测,至今已经完成了对月球重要的地学勘查,其中包括对全部月面的地形测绘和月球重力场测定.本文对月球航天探测的主要情况作了回顾,并概要介绍了月球地形测绘和月球大地测量.     

我国将探测月球14种有用元素的全月球分布情况

据中国科学院院士、中国探月工程首席科学家欧阳自远透露，我国将探测月球14种有用元素的全月球分布。目前，美国已经探测了铁、钛、铀、钍、钾5种资源的全月球分布。     

月球探测机器人及其关键技术浅析

参考国内外月球探测的现状,对月球探测机器人的关键技术进行了分析;根据月球探测机器人的任务要求,提出了开发我国月球探测机器人系统的具体实现方案,在该方案中,采用“虚拟样机”技术,建立一个集三维实体设计、动力学建模、控制、可视化仿真于一体的虚拟月面计算机仿真环境,对月球机器人的静国学、运动学以及动力学进行仿真研究,为月球探测机器人结构参数、动力学参数及控制算法的优化提供了设计参数和验证场所;针对月面的复杂环境,提出建立一套智能传感系统的思想,从而实现机器人在复杂、未知的环境中的自主导航与控制。     

嫦娥一号卫星奔向月球拉开我国探月大幕

10月24日，在党的十七大刚刚胜利落幕之际．我国自行研制的第一颗月球探测卫星——嫦娥一号由长征三号甲火箭成功发射升空并进入预定轨道。     

美国发射GRAIL月球引力探测器

为进一步了解月球,美国国家航空航天局（NASA）于9月10日在佛罗里达州卡纳维拉。尔角空军基地向月球发射了2个“重力勘测和内部研究实验室”（GRAIL）月球探测器,即GRAIL-A和B。该任务旨在探测月球引力场的细节,以期制作最精确的月球引力图。与其它行星探测任务不同,GRAIL任务采用了2个几乎完全相同的探测器。     

三支撑月球着陆器缓冲性能试验研究

为了解决三支撑月球着陆器在不同着陆月面情况下的缓冲性能问题,对月球着陆器模型样机进行了试验研究.使用自制仿月壤,在不同月面倾角情况下进行了多次着陆试验.采用压电式加速度传感器及DASP数据采集与分析软件对三支撑月球着陆器原理样机缓冲性能进行了试验测试.结果表明:使用金属橡胶作阻尼材料的三支撑月球着陆器具有良好的缓冲效果,其冲击隔离系数<0.2.     

探月工程首席科学家中科院院士欧阳自远回母校讲学

4月11日晚，阔别母校49年的欧阳自远院士在弘毅堂为2000余名师生作了一场精彩的报告——月球探测的进展和我国的月球探测。     

我国有望2013年实施月球探测二期工程

据悉．我国月球探测二期工程有望在2013年实施。 我国月球探测二期工程旨在实现月球软着陆．并通过施放无人探测器对月球表面进行勘查。     

中国探月工程有4大难题

探测月球是我国首次对地球以外的星体进行近距离探测．是迈向深空探测的第一步。我国航天专家表示，中国的月球探测工程有4大难题。     

我院科研设备在“嫦娥一号”发射任务中圆满完成火箭测试任务

2007年10月24日,西昌卫星发射中心成功发射了我国第一颗月球探测卫星——“嫦娥一号”。在这次发射任务中,我院航天装备系飞行器测试与控制教研室研制的“CZ-XX系列运载火箭多路测试信息采集处理系统”作为CZ-XX系列运载火箭“三化”配套的地面设备产品,圆满完成了运载火箭控制系统的发射场综合测试任务,保障了“嫦娥一号”探月卫星的成功发射,为我国绕月探测工程做出了贡献。     

基于ADAMS平台的月球着陆器上限振幅研究

对月球着陆器撞击月面时产生的冲击振动等动力学响应进行了仿真研究．基于能量原理和振动理论，通过理论推导得出了月球着陆器上限振幅值计算公式．在机械仿真软件ADAMS基础上，用计算机建立了月球微重力环境并进行了数字仿真．仿真结果表明，理论计算值和仿真算例吻合较好，所得结论对于月球着陆器设计与振动分析具有实际意义．     

两轮并列式月球车的性能及其稳定性分析

随着国内外新一轮探月高潮的掀起,新型的月球车越来越受到人们的关注.文章提出了一种两轮并列式月球车结构以适应月球探测的特点和要求,并对两轮车的驱动原理和性能进行分析,为月球车的应用提供理论基础和参考依据.两轮车行走中箱体平台的稳定性是其在视觉导航及多车对接应用中的关键环节,针对箱体平台的稳定性对两轮车系统进行建模仿真并提出了两轮车系统的模拟控制方案.仿真结果表明采用状态反馈控制可以有效的实现两轮车系统的稳定性控制.两轮并列式月球车的特点和稳定性分析为新型探月车的研究提供新思路.     

基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统

移动载人月球车相关技术的研究是我国未来载人登月探测的重要任务.根据载人月球车的需求,本文从航天员操作舒适度和操作工作空间出发,设计了一种面向载人月球车操作的力反馈手柄,在具体的场景设计下可以带给航天员力触觉感受,辅助航天员进行安全、有效的驾驶行为.基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统包含力反馈手柄、硬件系统、软件系统.力反馈手柄主要由二自由度旋转机构、手杆、带光编码器的直流电机组成;硬件系统为STM32单片机及相关接口电路,STM32作为下位机接收来自上位机的指令信号和力反馈信息,并且向上位机反馈手柄位置信息;为完成移动载人月球车操作控制系统的仿真测试,软件系统是基于unity3D所开发的月球车驾驶场景,搭载使用虚拟传感器,做出驾驶行为决策解算出相应的力反馈信息.实验结果表明,力反馈手柄能较好地辅助航天员操纵载人月球车,有效提升了载人月球车的驾驶效率和安全性.     

分箱式月球车的预测控制

设计了适应月球探测的分箱体可折叠的月球车移动机构.具有很大的柔性和很强的环境适应能力.为解决该移动系统的控制复杂性.基于一定的规则对复杂的月球车非线性模型进行建模,采用有控制约束的准Min-Max模型预测控制,实现从一个位置到另一个位置的运动.通过求解线性矩阵不等式(LMI)的凸优化获得状态反馈控制律,而LMI的可行性保证了闭环系统的稳定性.仿真表明在满足控制约束的条件下,采用预测控制实现对月球车移动系统目标探测是可行的.     

月球恒温层地下空间利用探索构想

开展月球资源探测与地下空间利用是人类探索月球、将月球纳入人类活动范围的重要举措。本文从月球地质结构特性及月球表面温度变化特征入手,综合考虑月球纬度、月壤/月岩导热性能等要素,针对月球恒温层的恒温特性及随纬度变化的温度涵盖范围,提出了在月球恒温层开发月球地下人类基地、月球地下轨道交通、月球生命体存储、月球原位热能存储等月球地下空间利用构想。针对所提出的月球恒温层利用构想,设计了月球地下人类基地空间支护与搭建、基于电磁技术的月球地下飞行式轨道交通、可温度调节式月球战略储备库、基于月岩/月壤导热差异的原位热能存储等技术实施方案。基于上述构想及技术方案,本文系统总结了月球恒温层地下空间利用需突破的技术挑战和面临的关键科学问题。本文的研究将为未来建立月球人类基地及月球地下空间利用提供技术参考。     

月面巡视探测器的图像分割及识别方法

针对月面巡视探测器的识别技术,通过彩色图像识别的办法解决了在月面环境存在较强阴影区域对月面巡视探测器识别带来的影响,进行了多种彩色图像分割方法的比较,提出了多通道彩色分量融合的图像分割方法,并用线性分类器的模式识别理论对其原理进行了分析,用形态学滤波方法对分割后的图像进行了滤波,并用分割区域标识算法进行了识别区域的标识。试验表明,该方法能够适应各种光照条件的影响,具有较强的鲁棒性,对各种噪声有明显的抑制作用。该方法使彩色图像分割技术变得简单、可靠,并具有一定的通用性,可以应用到未来的月球探测中去。     

六圆柱-圆锥轮式月球车多轮协调运动控制研究

月球车的运动控制是月球车完成探测任务的前提.为实现月球车前进、后退和转向等基本运动功能,对六圆柱-圆锥轮式月球车的多轮协调运动控制进行了研究.根据六圆柱-圆锥轮式月球车的机构原理和结构特点,给出了月球车车轮的运动学约束条件,建立了月球车的运动学约束模型,针对月球车的基本运动要求,推导了月球车六轮协调运动的控制模型,并基于实时Linux和PC104总线计算机的车载计算机运动控制系统,对月球车的运动控制进行了实验研究.研究结果证实了六轮协调运动控制模型的正确性,为月球探测车的运动控制系统设计及月球车的自主避障功能等奠定了理论基础.     

月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想与设计

开展月球取芯是人类探索月球、获取月球地质信息、了解地月系及太阳系起源与演化的重要举措。针对目前人类月球取芯存在的“取不深”、“取不真”的技术瓶颈，本文从月球月壤/月岩地质成分与特性入手，在国际上首次提出月球大深度保真取芯探矿思路，在综合考虑大深度取芯钻杆搭接、取芯机器人构型设计、取芯过程自掘进与支撑、原位保真取芯控制、样本原位封装与返回等要素基础上，提出月球大深度保真取芯探矿机器人系统构想。针对所提出的构想进行机器人系统实施技术方案设计，具体设计了多级分段式取芯器、自掘进取芯机器人、柱坐标取芯器存储机器人、气压轴向推进与气压支撑、旋转复合超声冲击钻进、保真膜及微流道原位环境控制、蜂窝状样本保真腔、月球样本保真返回等技术实施方案。基于上述构想及技术实施方案，本文系统总结了月球大深度保真取芯机器人系统设计需解决的关键技术问题及解决思路。本文的研究将为人类进行月球及其他行星大深度保真取芯探矿提供技术方案参考。研究成果将有助于人类真实了解月球深部原位地质信息，为月球演化科学探索提供技术支撑。     

月壤岩土工程问题研究进展

针对中国探月工程开展过程中遇到的月壤特性问题,综述国内外月壤的基本物理力学性质以及模拟月壤和机构相互作用的研究现状.给出模拟月壤的粒度分布、密度、孔隙比、强度指标和压缩指数等几参数的取值范围.总结出模拟月壤三轴试验的主要控制指标有：相对密度、围压、剪切速率等,并简要分析高真空度对模拟月壤性质的影响.通过对月球车研制中月壤对车轮牵引特性的影响、软着陆中月壤对足垫冲击响应等研究的发展现状的回顾,指出离散元方法在月壤特性分析和机构与模拟月壤相互作用等领域的应用前景.针对新型模拟月壤研制、模拟月壤本构关系和多种月面环境耦合下对月壤性能的影响等亟待解决的问题.