月球软着陆探测器技术PDF电子书下载

第1章 绪论 3

1.1 月球探测的意义及主要方式 3

1.1.1 月球探测的意义 3

1.1.2 月球探测的主要方式 4

1.2 国外月球着陆器技术发展状况 6

1.2.1 苏联月球着陆器技术发展状况 6

1.2.2 美国月球着陆器技术发展状况 10

1.3 我国探月工程 14

1.3.1 探月工程总体规划 14

1.3.2 “嫦娥”系列探测器概况 15

1.4 月球着陆器面临的技术难点 16

1.5 小结 17

参考文献 18

第2章 月球软着陆探测面临的环境分析 21

2.1 引言 21

2.2 月球辐射环境 21

2.2.1 银河宇宙射线 21

2.2.2 太阳能量粒子 22

2.2.3 月球轨道等离子体环境 23

2.3 月球热环境 24

2.3.1 太阳辐射 24

2.3.2 月面反照 25

2.3.3 月面辐射 25

2.3.4 地面反照 25

2.3.5 地面辐射 26

2.4 月面地貌地形 26

2.4.1 月面地貌 26

2.4.2 月面地形 27

2.5 月壤和月尘 33

2.5.1 物理特性 34

2.5.2 机械特性 35

2.5.3 电磁特性 37

2.6 其他月球环境 39

2.6.1 月球引力场 39

2.6.2 月球近真空环境 39

2.6.3 月面光照环境 40

2.7 小结 42

参考文献 43

第3章 月球着陆器总体设计 47

3.1 引言 47

3.2 总体设计的基本原则 47

3.3 任务分析 49

3.3.1 任务特点分析 49

3.3.2 着陆区分析 49

3.3.3 任务过程分析 51

3.3.4 环境影响分析 54

3.3.5 载荷配置分析 65

3.4 轨道设计 66

3.4.1 飞行过程概述 66

3.4.2 轨道设计约束 67

3.4.3 着陆时机选择 67

3.4.4 环月轨道分析 68

3.4.5 地月转移轨道选择 69

3.4.6 发射窗口分析 69

3.5 系统组成及主要技术指标 70

3.5.1 组成 70

3.5.2 主要技术指标 71

3.5.3 推进剂预算 73

3.6 总体构型布局设计 73

3.6.1 设计原则与基本思路 73

3.6.2 总体构型 74

3.7 测控通信链路规划 77

3.8 着陆过程设计 78

3.8.1 着陆初始条件与状态设置 78

3.8.2 着陆过程 78

3.8.3 着陆缓冲 80

3.8.4 着陆图像下传 80

3.9 着陆稳定性分析仿真 80

3.10 小结 82

参考文献 83

第4章 月球着陆器结构与机构技术 87

4.1 引言 87

4.2 月球着陆器结构与机构特点 88

4.2.1 月球着陆器结构特点 88

4.2.2 月球着陆器机构特点 90

4.3 月球着陆器结构设计与验证 93

4.3.1 结构设计 93

4.3.2 着陆器结构分析 98

4.3.3 着陆器结构试验 103

4.4 着陆器机构设计与验证 106

4.4.1 太阳翼机构 106

4.4.2 月球车连接解锁机构 113

4.4.3 月球车转移机构 117

4.5 小结 123

参考文献 124

第5章 月球着陆器热控技术 127

5.1 引言 127

5.2 技术发展现状 128

5.3 技术特点分析 129

5.3.1 设计约束 129

5.3.2 技术特点 135

5.4 设计方法 135

5.4.1 热设计思路 135

5.4.2 热控设计方案 136

5.4.3 热分析计算 140

5.5 典型技术 142

5.5.1 可变热导技术 142

5.5.2 发动机高温防护技术 144

5.5.3 RHU综合利用技术 146

5.5.4 两相流体回路技术 148

5.6 设计验证 149

5.6.1 着陆器热平衡试验 149

5.6.2 可变热导热管试验 152

5.6.3 高温隔热屏真空隔热性能试验 152

5.6.4 两相流体回路试验 155

5.6.5 在轨飞行试验 157

5.7 小结 159

参考文献 159

第6章 月球着陆器电源技术 163

6.1 引言 163

6.2 技术发展现状 163

6.3 任务需求和特点分析 165

6.3.1 功能需求 165

6.3.2 性能需求 165

6.3.3 任务特点分析 166

6.4 设计原则与方法 168

6.4.1 设计原则 168

6.4.2 光照条件分析 168

6.4.3 轻量化分析 171

6.4.4 空间环境影响分析 172

6.4.5 能量平衡分析 173

6.4.6 供配电体制分析 174

6.5 典型技术 175

6.5.1 电源控制装置设计技术 175

6.5.2 蓄电池组设计技术 176

6.5.3 太阳能电池电路设计技术 177

6.5.4 休眠唤醒控制方案设计技术 177

6.5.5 多器间能源复用设计技术 179

6.6 设计验证 180

6.6.1 验证项目 180

6.6.2 休眠唤醒功能验证 180

6.6.3 太阳能电池大入射角验证 180

6.6.4 太阳能电池极端温度性能验证 181

6.7 小结 182

参考文献 182

第7章 月球着陆器制导、导航与控制技术 187

7.1 引言 187

7.2 技术发展现状 187

7.3 特点分析 189

7.4 设计方法 189

7.4.1 系统组成 189

7.4.2 工作模式 190

7.4.3 部件设计 192

7.4.4 软件设计 198

7.4.5 故障自主诊断与处置逻辑设计 201

7.5 典型技术 203

7.5.1 动力下降段制导、导航与控制框架流程 203

7.5.2 动力下降段轨迹设计 204

7.5.3 动力下降段导航方法 205

7.5.4 动力下降段制导律设计 207

7.5.5 障碍识别与安全着陆点选取方法 209

7.5.6 动力下降段姿态控制方法 211

7.6 设计验证 212

7.6.1 分系统关键导航敏感器标定试验 212

7.6.2 分系统挂飞试验 214

7.6.3 半物理仿真试验 216

7.7 小结 218

参考文献 219

第8章 月球着陆器推进技术 223

8.1 引言 223

8.2 技术发展现状 223

8.3 设计约束与分析 228

8.3.1 构型约束 228

8.3.2 功能约束 229

8.3.3 主要性能指标约束 230

8.3.4 飞行环境约束 231

8.3.5 着陆后月面长期储存环境 232

8.4 推进系统设计 233

8.4.1 设计基本条件 233

8.4.2 推进系统主要参数确定 235

8.4.3 推进系统输送系统方案设计 237

8.4.4 推进系统电路系统方案设计 240

8.4.5 推进系统总装方案设计 240

8.4.6 推进系统主要组件方案设计 242

8.4.7 推进系统地面测试及推进剂加注设计 244

8.5 推进系统试验验证 246

8.5.1 全系统地面试车 246

8.5.2 变推力轨道控制发动机试验 247

8.5.3 推进剂储箱试验 248

8.5.4 高压气瓶长期承压储存试验 249

8.5.5 推进剂加注试验 249

8.6 小结 250

参考文献 251

第9章 月球着陆器数据管理技术 255

9.1 引言 255

9.2 技术发展现状 255

9.3 技术特点分析 257

9.3.1 任务分析 257

9.3.2 设计约束 258

9.4 设计方法 258

9.4.1 设计思路 258

9.4.2 体系结构与组成 259

9.4.3 轻小型化系统集成设计 261

9.4.4 总线网络设计 262

9.4.5 航天器信息管理设计 264

9.4.6 航天器自主管理设计 266

9.4.7 高集成轻小型设备可靠性设计 266

9.4.8 软件设计 270

9.5 设计验证 275

9.5.1 分系统仿真测试环境 275

9.5.2 设计验证项目 276

9.6 小结 276

参考文献 277

第10章 月球着陆器测控与通信技术 281

10.1 引言 281

10.2 技术发展现状 282

10.3 技术特点分析 283

10.3.1 任务需求 283

10.3.2 任务特点 285

10.3.3 设计约束 286

10.4 测控通信设计 287

10.4.1 测控通信设计概述 287

10.4.2 测控通信设计方法 288

10.4.3 器地测控通信 289

10.4.4 器间通信 296

10.5 设计验证 299

10.5.1 紧缩场试验 299

10.5.2 天地对接试验 300

10.5.3 UHF频段外场试验 301

10.6 小结 302

参考文献 303

第11章 月球着陆器着陆缓冲技术 307

11.1 引言 307

11.2 技术发展现状 308

11.3 着陆缓冲机构的组成与技术特点 309

11.4 常见缓冲方法及其特点 310

11.4.1 多胞材料变形法 310

11.4.2 薄壁金属管变形法 311

11.4.3 液压阻尼法 312

11.4.4 特殊材料拉伸法 313

11.5 着陆缓冲机构设计 314

11.5.1 技术要求分析 314

11.5.2 设计与仿真验证 316

11.6 着陆缓冲机构地面测试与验证 326

11.6.1 缓冲材料性能验证 326

11.6.2 展开及缓冲摩擦力测试 327

11.6.3 触月指示性能测试 330

11.6.4 单套着陆缓冲机构缓冲性能验证 332

11.6.5 组合缓冲性能模拟验证 333

11.7 小结 334

参考文献 335

第12章 月球着陆器系统集成装配技术 339

12.1 引言 339

12.2 系统集成装配技术发展现状 339

12.3 系统集成装配特点 343

12.3.1 任务分析 343

12.3.2 装配技术特点 343

12.4 系统集成装配方案设计 345

12.4.1 工艺总方案设计 345

12.4.2 工艺装备规划 346

12.4.3 工艺试验规划 346

12.4.4 技术流程设计 347

12.4.5 数字化装配仿真 348

12.5 典型系统集成装配应用 349

12.5.1 月球着陆器推进系统装配 349

12.5.2 月球着陆器仪器装配 350

12.5.3 月球着陆器电缆装配 351

12.5.4 月球着陆器结构装配 352

12.5.5 月球着陆器机构装配 353

12.5.6 月球着陆器热控单元装配 355

12.5.7 月球着陆器翻转调姿 358

12.5.8 月球着陆器吊装 359

12.5.9 月球着陆器转运及运输 360

12.5.10 月球着陆器携带放射性同位素设备的装配 361

12.5.11 月球着陆器发射场再装配 362

12.6 小结 363

参考文献 363

第13章 月球着陆器专业测量技术 367

13.1 引言 367

13.2 技术发展现状 367

13.3 专业测量技术特点分析 368

13.4 月球着陆器特色专业测量技术应用 369

13.4.1 基于公共点转换的月球着陆器测距测速天线端面法线测量 369

13.4.2 基于广义USMN平差的月球着陆器对接环激光扫描测量 373

13.4.3 月球着陆器推进系统高精度自动化检漏 376

13.4.4 月球着陆器推进系统快速泄漏定位技术 379

13.4.5 月球着陆器多自由度变换的质量特性测试 380

13.4.6 月球着陆器推进剂加注测试数据修正技术 383

13.4.7 月球着陆器推进剂、配重块联合质心参数修正技术 385

13.5 小结 386

参考文献 387

第14章 月球着陆器电性能综合测试技术 391

14.1 引言 391

14.2 技术发展现状 391

14.3 任务需求与技术特点 392

14.3.1 任务需求 392

14.3.2 技术特点 393

14.4 综合测试方案 393

14.4.1 测试流程 393

14.4.2 测试模式 394

14.4.3 测试覆盖性设计 397

14.4.4 测试数据判读技术 398

14.5 地面测试系统 398

14.5.1 器地供电关系 399

14.5.2 器地信息流 400

14.5.3 地面测试系统组成 401

14.5.4 地面测试设备验证 402

14.6 综合测试方法 402

14.6.1 综合测试项目 402

14.6.2 全任务过程模飞测试 404

14.6.3 动力下降段模飞测试 405

14.6.4 器间通信功能测试 405

14.6.5 休眠唤醒功能测试 406

14.7 小结 407

参考文献 408

第15章 月球着陆器系统级试验验证技术 411

15.1 引言 411

15.2 技术发展现状 411

15.2.1 美国开展的试验 411

15.2.2 苏联开展的试验 415

15.3 需求分析 417

15.3.1 试验规划原则 417

15.3.2 验证试验需求 417

15.4 悬停避障及缓速下降试验 418

15.4.1 试验目的 418

15.4.2 试验约束和试验方法 419

15.4.3 试验系统设计 421

15.4.4 应用实例 422

15.5 着陆冲击试验 423

15.5.1 试验目的 423

15.5.2 试验约束和试验方法 423

15.5.3 试验系统设计 423

15.5.4 应用实例 424

15.6 着陆稳定性试验 425

15.6.1 试验目的 425

15.6.2 试验约束和试验方法 425

15.6.3 试验系统设计 426

15.6.4 应用实例 428

15.7 大推力发动机推力脉动对GNC敏感器的影响试验 428

15.7.1 试验目的 428

15.7.2 试验约束和试验方法 428

15.7.3 试验系统设计 429

15.7.4 应用实例 430

15.8 变推力发动机与中心控制单元联合试车试验 431

15.8.1 试验目的 431

15.8.2 试验约束和试验方法 431

15.8.3 试验系统设计 432

15.9 羽流对热控的影响试验 433

15.9.1 试验目的 433

15.9.2 试验约束和试验方法 433

15.9.3 试验系统设计 434

15.9.4 应用实例 435

15.10 小结 435

参考文献 436

第16章 月球着陆器探测仪器技术 439

16.1 引言 439

16.2 技术发展现状 439

16.2.1 “勘察者”系列探测器探测仪器及主要探测成果 440

16.2.2 “月球”系列探测器探测仪器及主要探测成果 441

16.3 任务需求分析 442

16.3.1 科学探测任务需求分析 442

16.3.2 工程测量任务需求分析 443

16.3.3 探测目标特性分析 445

16.4 设计思路 447

16.4.1 科学载荷配置 447

16.4.2 工程载荷配置 448

16.4.3 主要功能和性能实现途径 449

16.5 标定与专项试验 452

16.5.1 降落相机标定与专项试验 452

16.5.2 地形地貌相机标定与专项试验 455

16.5.3 月基光学望远镜标定与专项试验 457

16.5.4 极紫外相机标定与专项试验 458

16.5.5 监视相机标定与专项试验 461

16.5.6 月尘测量仪标定与专项试验 461

16.6 小结 462

参考文献 463

第17章 月球着陆器技术未来展望 467

17.1 引言 467

17.2 月球探测的未来发展方向 467

17.3 月球着陆器技术的新挑战 469

参考文献 470