本文从月球探测器轨道动力学方程出发,求出方程的解及所需最小发射速度;文章在介绍地一月探测器轨道类型及月球轨道计算模型后,探讨了一种绕飞方案的轨道选择;最后指出其轨道特性和制导精度要求。

在圆型限制性三体问题模型下,实现地月转移的必要条件是探测器的初始速度使其对应的Jacobi常数C小于平动点L1对应的临界值C1。地月转移轨道一般采用霍曼转移轨道,也可以利用平动点L1的不稳定性实现节能过渡,前者需要较大的变轨速度从而消耗较多能量,而后者则会消耗过长的时间。通过理论分析和数值验证表明,若在月球探测器的发射过程中合理利用光压力的助推作用,则探测器不必消耗太多能量和太长时间即可到达月球,这是一种可供参考的用于发射月球探测器(包括同时执行地月空间环境探测任务)的轨道转移方式。

随着深空探测技术的发展,新型月球探测器需要在遍布石块、陨石坑和斜坡等复杂月球表面上着陆,因此有必要对月球着陆探测器的着陆性能进行评估。本文对一种四腿可展开式着陆器进行了合理简化,并用AD-AMS软件建立了着陆动力学仿真模型。模型中应用子程序表达缓冲铝蜂窝和月壤的力学性质,通过在预研着陆器的仿真模型上加载,实现了系统的仿真;并得到了月球探测器以给定姿态和着陆速度在不同地面坡度和月壤物理特性下的着陆性能及一般规律,对我国月球探测器软着陆动力学研究具有一定参考价值。

随着中国深空探测的发展,在月球表面进行着陆探测成为新的关注热点,因此月球着陆器的着陆稳定性研究成为一项重要课题。文章利用ADAMS软件及其用户子程序,对一种可展开四腿式月球着陆器的着陆稳定性进行了研究,研究结论为着陆器的着陆缓冲机构及总体设计提供参考。

基于月球探测器离地面较近的特点和差分VLBI技术可以消除部分非几何延迟的优势,采用差分VLBI技术对月球探测器进行观测,推导具体可行的定位模型,并分析模型中可估计的地月大地测量参数序列。

月球样品自动封装技术是在月表环境下,实现样品容器自动开合、密封、锁紧的技术。我国的探月工程三期和国外的月球取样任务具有明显的技术区别,所以月球样品的封装也必须符合自身的技术特点。文章通过借鉴国外成功经验和我国探月技术的特点,提出了一种月球样品封装技术方案,并对该封装技术方案的实现进行了分析,同时还考虑了月球环境因素的影响。

TDI-CCD相机可以通过多级CCD积分,获得相对较高的信噪比,从1992年开始逐步广泛应用于航空和航天领域中的高分辨率成像任务中。目前TDI-CCD相机已成为高分辨率成像探测的重要手段。根据月球环绕探测任务中TDI-CCD相机的工作环境特点,定量分析了相机的姿态误差、速高比失配等因素对成像质量的影响,并对其中的主要影响因素——速高比失配,提出了适合于月球环绕探测任务特点的补偿途径。

月球水冰探测对未来载人月球探测以及构建月球基地意义重大。在继"克莱门汀"(Clementine)、"月球勘探者"(Lunar Prospector)和"智能一号"(SMART-1)等月球探测器的探测后,美国的"月球勘测轨道器"(LRO)和"月球环形山观测与遥感卫星"(LCROSS)实施了月球极区永久阴影区撞击和观测,初步验证了水冰资源的存在。文章通过系统分析月球水冰的重要性、可能来源、探测历程和探测手段,初步提出我国开展月球水冰探测的载荷初步配置。

针对无人月球探测器缓冲着陆运动抛投试验中对探测器缓冲着陆过程中三维姿态、三维速度等运动参数和缓冲着陆机构缓冲行程的测量,设计了基于计算机视觉的抛投试验测量系统。首先,在探测器主体结构上喷绘若干对顶角标志,并用全站仪测量出这些标志的空间坐标。然后,用高速摄像机采集探测器缓冲着陆过程的序列图像。最后,利用单目视觉的方法对标志的空间坐标及探测器的序列图像进行处理得到上述参数。该系统硬件设备简单,软件操作方便。理论分析和实验验证均表明,采用该系统测量探测器运动参数,其姿态角测量精度优于4′,运动速度测量精度约为0.02m/s,探测器缓冲行程精度约为4mm,完全满足无人月球探测器缓冲着陆运动试验中的测量精度要求。

在地月会合坐标系下建立了月球探测器的相对动力学模型,模型中考虑了太阳、地球和月球的真实天体力学环境.给出了太阳引力摄动下地月会合坐标系绝对角速度的简单但精确的表达式.所提供的相对动力学模型与J2000坐标系下的绝对动力学模型完全等价.如果将太阳引力常数置为零,模型则退化为椭圆型限制性三体问题模型;如果再将月球轨道偏心率置为零,模型则进一步退化为圆型限制性三体问题模型.基于本文模型导出了计算地月系统的共线和三角拉格朗日平动点更精确位置的迭代格式,它与儒略时刻以及所考虑的时间范围有关.所提供的相对动力学模型对经由拉格朗日点的探月轨道设计有重要参考价值.