应用于月壤取样钻具的激光选区熔化研究综述

综述了月球钻探取样钻具的发展现状,金属三维点阵的轻量化以及激光选区熔化制造技术的基本方法和优势。基于激光选区熔化制备技术提出了将三维空间点阵结构应用于月球钻探取样钻具的轻量化,讨论了点阵结构的钻具对于月球钻进过程的适应性并展望了轻量化月球取样钻具方面的发展趋势。分析认为,利用激光选区熔化技术制备的三维点阵结构在月壤取样钻具方面具有很大的应用潜力。     

月球极区冻结模拟月壤物理力学特性研究

近年来越来越多的探测结果表明,月球极区永久阴影区月壤中存在水冰。水是人类赖以生存的化学物质,也是理解月球独特的形成与演化过程的关键环节。因此,各航天大国均将月球极区作为探月工程的重要目标。冻结月壤的导热系数和单轴抗压强度是月球极区原位探测取样的基础和关键参数。本研究采用低温试验研究了冻结模拟月壤的导热系数和单轴抗压强度。结果表明：冻结模拟月壤导热系数随含水率增大而线性增大,冻结模拟月壤的导热系数为0.2~1.3 W?m^-1?K^-1。冻结模拟月壤单轴压缩过程中发生脆性破坏,5%含水率冻结模拟月壤单轴抗压强度约为5 MPa,10%含水率冻结模拟月壤单轴抗压强度约为13 MPa。在初始加载阶段,干密度相同、含水率不同的冻结模拟月壤试样因微裂纹压密导致的应变量基本相同;在线弹性阶段,冻结模拟月壤有效弹性模量随含水率增大而增大,其主要原因是含水率增大使得月壤颗粒间的冻结强度增大;在破坏阶段,含水率较高的冻结模拟月壤表现出脆性破坏特征,含水率较低的冻结模拟月壤表现出更显著的塑性特征。研究结果将为月球永久阴影区水冰探测方案制定、探测器研制等提供基础的科学数据支撑。     

Lunar Subsurface Mineralogy and Density Profile Modelling based on Moon Mineralogy Mapper Observation

The methods of deriving Fe O and Ti O_2 contents from the Clementine spacecraft data were discussed,and an approach was developed to derive the content from the measurements using the Moon Mineralogy Mapper (M~3) instrument on Chandrayaan-1.The density of lunar bedrock was then modeled on the basis of the derived Fe O and Ti O_2 abundances.The Fe O and Ti O_2 abundances derived from the M~3 data were compared with the previous results of the Clementine data and were in good agreement.The Fe O abundance data also agreed well with the Lunar Prospector data,which were used as an independent source.The previous Clementine and newly M~3 derived abundances were compared with the laboratory measured Fe O and Ti O_2 contents in the Apollo and Luna returned samples.The Clementine derived Fe O content was systematically 1%–2%lower than the laboratory measurements in all the returned samples.The M~3 derived content agreed well with the returned Apollo samples and was within±2.8%of the laboratory measurements.The Clementine derived Ti O_2abundance was systematically 0.1%–4%higher than the laboratory measurements of the returned samples.The M~3 derived Ti O_2 agreed well (±0.6%) with the laboratory measurements of the returned samples,except for samples with high Ti O_2content.However,these results should be carefully interpreted because the error range requires verification.No error analysis was provided with the previous Clementine derived contents.     

超声波取样钻机电耦合特性研究

压电驱动的超声波取样钻具有质量轻、能耗低、无回转部件的特点,可以满足地外岩石采样的需求。电能通过压电陶瓷转换为致动器高频振动的机械能,使其在特定频率做超声的共振。这种超声取样钻的机电耦合特征,使超声致动器的设计变得复杂。基于ANSYS环境,研究超声致动器在机电耦合场边界条件下的动力学特性,其耦合场的模态频率、激励响应与单一机械结构场条件得到的结果具有较好的一致性。结果表明,超声致动器把电能转换机械能过程的机电耦合场相互作用是很弱的。因此,采用解耦方法,超声致动器的设计过程将大大简化。     

利用线性变换和后方交会的月球车相机标定

针对现有月球车立体相机的标定算法存在的不足,该文提出了一种基于三维直接线性变换(DLT)和多像后方交会对月球车立体相机标定的方法:利用三维DLT算法解算出标定参数的初始值,然后将初值代入多像后方交会算法进行迭代,从而解出相机参数的精确值。最后利用不同类型和焦距值的镜头模拟月球车上安装的三种立体相机开展标定试验,结果表明该方法具有很高的精度和稳定性,能够用于对月球车的立体相机标定。     

FY-2E扫描辐射计云图受月球干扰的影响

针对2012年3—12月FY-2E气象卫星云图出现4次明显的白色亮带异常状况,分析4个红外通道白色亮带出现的原因和影响机理。根据异常白色亮带出现的时间、亮带区域内的内容及亮带过后数据序列的特点,确定是月球出现在卫星视场外左侧临近区域引起的异常情况。以FY-2E气象卫星观测模式分析月球干扰云图的机理和过程,月球通过直流恢复导致云图中出现白色亮带,基于FY-2E气象卫星工作参数定量计算月球干扰云图的准确时间,确认在2012年3月—2013年1月FY-2E气象卫星共有12次受到月球干扰,而业务系统仅发现4次。根据异常数据分析干扰时间的计算精度,确认卫星的电子学随机误差和月球天平动是引起计算精度的重要原因。重新发现的异常云图显示了对月球干扰现象分析的合理性以及对干扰事件过程的计算准确性,有助于数据用户对FY-2E气象卫星云图的准确认识与应用。     

FY-3A/MWHS冷空测值受月球影响分析及修正

为解决月球对风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标的影响问题,该文根据风云三号卫星微波湿度计在轨实时观测数据分析,通过多项式拟合分析技术,建立修正模型,消除月球影响,得到合理的辐射定标结果。风云三号卫星微波湿度计在轨实测数据分析表明:月球对风云三号卫星微波湿度计在轨辐射定标结果影响最严重时一天内可干扰4~5条轨道,每条轨道有近100个扫描周期受到污染。月球影响致使冷空定标观测数据跳升1000个计数值,如果不进行污染滤除会造成对地观测亮温下降约20 K,导致辐射资料无法同化进入数值天气预报模式。通过与同类载荷的交叉比对分析,修正月球影响后,风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标结果精度与在轨测试结果相当。     

地月DRO星载光学测量近地小行星轨道确定

针对地基光学监测系统对近地小行星在近太阳方向的监测存在盲区的问题,提出了远距离逆行轨道(Distant Retrograde Orbit,DRO)天基光学平台对近地小行星进行跟踪定轨的方法.通过可视性分析,筛选仿真观测数据,利用美国宇航局喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)公布的小行星初始轨道信息对不同轨道类型的目标天体进行轨道确定,将计算结果与参考轨道对比分析.仿真结果表明:在测量精度2角秒,定轨弧长3年的情况下,DRO平台对仿真算例中所选择的近地小行星的定轨精度可以达到几十公里量级,其中Atira型轨道精度可达10公里以内.由此可见,DRO天基平台对近地小行星具有较好的监测能力,定轨精度能实现对目标小行星的精确跟踪,并对其进行轨道预报.     

论月球不对称的演化

月球形成初期有一个固体内核,表层是岩浆“海洋”重力分异,冷却固结形成月壳,由于同步自转,其一侧总是向着地球,在地球引力场作用下,使固体内核向地球一侧移动,月壳表层轻的物质向背地球一侧漂浮,所以月亮背地球一侧１５０公里,向地球一侧仅有６０公里,这种演化机制使大部分月海分布在向地球一侧。     

利用信息融合进行月球卫星自主导航

研究了绕月卫星自主导航方法,提出了由星敏感器、紫外月球敏感器和测高仪组成的多源信息组合导航方案。将Unscented Kalman滤波(UKF)应用于非线性导航系统,采用信息融合技术设计了相关的联邦滤波算法,实现了系统的信息互补,完成了卫星轨道的最优估计。利用数学仿真对这种导航系统的有效性进行了验证,并与基于扩展Kal man滤波(EKF)的信息融合算法进行了比较。仿真结果表明,所提出的UKF融合算法具有良好的稳定性,可进一步提高导航系统的精度。