體化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了環(huán)月飛行終端與地面站相距40萬千米的激光通信,其下行通信速率達(dá)622Mbit/s,上行通信速率為20Mbit/s,測距精度優(yōu)于1cm[5-6]。LLCD驗(yàn)證了月地激光通信的可行性,充分展示了深空激光通信的優(yōu)越性,為后續(xù)深空激光通信計(jì)劃的實(shí)施提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。LLCD在軌試驗(yàn)的成功也表明月地激光通信是邁向深空應(yīng)用的第一步,促使各航天大國或組織對月地激光通信的研究再次進(jìn)入了活躍期。美國未來將重點(diǎn)開展用于深空探測和行星探測的激光通信計(jì)劃,歐空局也在

地月與月地轉(zhuǎn)移、環(huán)月空間交會(huì)對接、月球著陸與上升和再入返回地球等多個(gè)飛行任務(wù)階段,各階段銜接緊密,關(guān)聯(lián)性強(qiáng),設(shè)計(jì)復(fù)雜。載人月球探測頂層任務(wù)設(shè)計(jì)與仿真是帶動(dòng)載人航天進(jìn)入深空階段的有效抓手和關(guān)鍵一環(huán),該飛行方案將直接影響到運(yùn)載火箭、載人飛船、月面著陸器等多個(gè)型號任務(wù)的后續(xù)研制計(jì)劃。因此,有必要針對載人月球探測一體化任務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法開展研究。登月任務(wù)中涉及載人飛行器和無人飛行器的地月轉(zhuǎn)移任務(wù),具體包括一般轉(zhuǎn)移軌道、自由返回軌道以及定點(diǎn)返回軌道。其中,一般轉(zhuǎn)移軌道

人飛船共同飛行至環(huán)月軌道,如美國“阿波羅”計(jì)劃、蘇聯(lián)登月計(jì)劃[2];另一種是分別發(fā)射、船器獨(dú)立奔月模式,即載人月面著陸器提前飛行至月球軌道,在該軌道與載人飛船交會(huì)對接,實(shí)現(xiàn)落月前的人員和物資轉(zhuǎn)移,如美國“阿爾忒彌斯”計(jì)劃[3]、中國載人月球探測工程[4]。無論哪種飛行模式,載人登月飛行器的速度增量需求都非常大。其中,載人月面著陸器一般負(fù)責(zé)近月制動(dòng)、月面下降著陸和月面起飛,其總速度增量將超過5 000 m/s,約為近地載人飛行器的15倍,如阿波羅任務(wù)的載人月

器和載人飛船，在環(huán)月軌道進(jìn)行交會(huì)對接。目前，科研人員正在研制長征十號火箭、新一代載人飛船、月面著陸器和月球車等關(guān)鍵裝備。那么我國載人登月任務(wù)為何要分兩次發(fā)射？選擇環(huán)月軌道交會(huì)對接，有何考量？未來，將有哪些服務(wù)于我國航天員的月面裝備有望公開亮相呢？▲ 中國航天員登月想象圖立足現(xiàn)實(shí) 性價(jià)比高截至目前，“阿波羅計(jì)劃”是唯一成功的載人登月計(jì)劃，由1 枚土星5號重型火箭發(fā)射載人飛船和登月艙。同時(shí)代，蘇聯(lián)研制了N1 重型火箭，計(jì)劃發(fā)射7K-LOK 月軌模塊和LK 登月

。王猛等[1]以環(huán)月軌道航天器GNSS自主導(dǎo)航技術(shù)為研究對象,采用官方正式發(fā)布的發(fā)射天線方向圖,對GNSS信號特征及可用性開展分析。陳雷[9]根據(jù)幾何約束條件和接收機(jī)信號接收門限,分別分析主瓣信號和旁瓣信號可用性,對星座的組合進(jìn)行優(yōu)選。為深入分析GNSS在地月空間航天器自主導(dǎo)航中的應(yīng)用特點(diǎn),本文建立地月空間航天器的地月轉(zhuǎn)移段和環(huán)月段仿真場景,然后從可見星數(shù)、PDOP值和信號的動(dòng)態(tài)特性3個(gè)方面分析GNSS在地月空間導(dǎo)航中的可用性。1 仿真場景建立對地月空間航

四號”探測器進(jìn)入環(huán)月軌道1，12月30日實(shí)施變軌進(jìn)入環(huán)月軌道2。其飛行軌道如圖5所示，p點(diǎn)為兩軌道的交點(diǎn)。如果嫦娥四號探測器在環(huán)月軌道1和環(huán)月軌道2上運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受到月球的萬有引力作用，環(huán)月軌道1為圓形軌道，環(huán)月軌道2為橢圓軌道。則以下說法正確的是圖5( )A.若已知嫦娥四號探測器環(huán)月軌道1的半徑、運(yùn)動(dòng)周期和引力常量，則可以計(jì)算出月球的密度B.若已知嫦娥四號探測器環(huán)月軌道2的近月點(diǎn)到月球球心的距離、運(yùn)動(dòng)周期和引力常量，則可以計(jì)算出月球的密度C.嫦娥四號探測器

任務(wù)需求，設(shè)計(jì)了環(huán)月非對稱降軌控制策略；文獻(xiàn)[4]針對定時(shí)定點(diǎn)月面著陸的目標(biāo)要求，提出了全程軌道控制設(shè)計(jì)方法；文獻(xiàn)[5]提出了月面復(fù)雜地形表層采樣可采點(diǎn)確定方法；文獻(xiàn)[6]提出了在月球軟著陸過程中識(shí)別障礙物，并利用高程圖尋找安全著陸點(diǎn)的軟著陸算法。國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)主要針對月面著陸關(guān)鍵要素進(jìn)行了獨(dú)立的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。而如何通過多次聯(lián)合調(diào)整軌道和著陸過程最優(yōu)制導(dǎo)航跡，并在這個(gè)過程中綜合考慮月面采樣需求、著陸區(qū)安全，確保月面著陸及起飛動(dòng)作順利完成，是月面無人自主采樣

面著陸點(diǎn)全覆蓋的環(huán)月調(diào)相策略在月球探測任務(wù)中，探測器經(jīng)雙曲制動(dòng)進(jìn)入100×100 km環(huán)月軌道，然后經(jīng)環(huán)月調(diào)相后最終機(jī)動(dòng)到15×100 km環(huán)月軌道。在進(jìn)行月面軟著陸制動(dòng)減速之前，探測器進(jìn)行環(huán)月調(diào)相的主要目的是使探測器到達(dá)近月點(diǎn)時(shí)，預(yù)定的著陸點(diǎn)隨月球自轉(zhuǎn)剛好進(jìn)入環(huán)月軌道面內(nèi)，若此時(shí)開啟主發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行主減速段制動(dòng)，由于目標(biāo)點(diǎn)已處于軌道面內(nèi)，那么在探測器主減速段運(yùn)動(dòng)接近目標(biāo)點(diǎn)的過程中，橫向偏差(軌道面法向)將會(huì)很小，這樣縱向平面(軌道面內(nèi))的運(yùn)動(dòng)通過固體主發(fā)動(dòng)機(jī)

組合體形式發(fā)射，環(huán)月后四器分離為著陸上升組合體(以下簡稱著上組合體)和軌道器返回器組合體(以下簡稱軌返組合體)，著上組合體實(shí)施月球軟著陸和月面上升起飛，軌返組合體環(huán)月等待，實(shí)施月球軌道交會(huì)對接，待樣品轉(zhuǎn)移后，軌返組合體與上升器分離，攜月壤月地轉(zhuǎn)移，在距離地球表面約5 000 km時(shí)，軌返分離，返回器攜月壤以二次再入方式，返回內(nèi)蒙古四子王旗著陸區(qū).歷史上月球樣品采集并返回地球只有美國和前蘇聯(lián)實(shí)現(xiàn)過.而前蘇聯(lián)Luna探測器采用直接返回方式，并未實(shí)施月球軌道交會(huì)

轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行、月面著陸、自動(dòng)采樣、月面起飛、月軌交會(huì)對接、再入返回等多個(gè)難關(guān)，成功攜帶月球樣品返回地球，完成了這次意義非凡的太空之旅。嫦娥五號任務(wù)實(shí)現(xiàn)了我國首次月面采樣與封裝、月面起飛攜帶樣品再入返回等多項(xiàng)重大突破，其成功實(shí)施標(biāo)志著我國探月工程“繞、落、回”三步走規(guī)劃如期完成。嫦娥五號任務(wù)作為我國復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，首次實(shí)現(xiàn)了我國地外天體采樣返回。這是發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢攻堅(jiān)克難取得的又一重大成就，標(biāo)志著中國航天向前邁出的一

上升、交會(huì)對接、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移和再入回收段等11個(gè)飛行階段，圖1給出了全飛行過程的示意圖。圖1 “嫦娥五號”飛行過程Fig.1 Mission profile of Chang’E-5探測器由運(yùn)載火箭發(fā)射入軌后，經(jīng)過112 h的能量最優(yōu)地月轉(zhuǎn)移軌道，到達(dá)近月點(diǎn)。之后經(jīng)過1 d的兩次近月制動(dòng)，進(jìn)入目標(biāo)環(huán)月軌道。與軌返組合體分離后，著陸上升組合體經(jīng)過降軌變軌，開始動(dòng)力下降。經(jīng)過2 d的月面工作，上升器與著陸器分離，開始動(dòng)力上升進(jìn)入目標(biāo)軌道。經(jīng)過約2 d的交

轉(zhuǎn)移，近月制動(dòng)，環(huán)月飛行，著陸下降，月面工作，月面上升，交會(huì)對接與樣品轉(zhuǎn)移，環(huán)月等待，月地轉(zhuǎn)移和再入回收。要想在天外“過關(guān)斬將”，專家們?yōu)殒隙鹞逄柦怄i了多項(xiàng)新技能。2020年12月1日 23時(shí)11分，嫦娥五號成功在月球正面風(fēng)暴洋的呂姆克山以北地區(qū)著陸（月球正面西經(jīng)51.837度、北緯43.099度）。在這之前，人類還從未探索過這個(gè)區(qū)域。為了豐富樣品的種類、數(shù)量，同時(shí)考慮到月球表面的不確定性，嫦娥五號具有鉆取和表取兩種取樣方式，兩種方式下獲取的樣品大概比例為

線Halo軌道與環(huán)月軌道(LLO)間往返時(shí)間與速度增量等參數(shù)變化特性及全月面可達(dá)域進(jìn)行研究。同樣地，曹鵬飛等提出了一種設(shè)計(jì)變量解析初值搜索策略，結(jié)合不變流形與局部梯度優(yōu)化對探測器由Halo軌道飛抵LLO的兩脈沖轉(zhuǎn)移特性與奔月軌道月面可達(dá)范圍進(jìn)行分析[12]。Gao等針對嫦娥2號探測器環(huán)繞地月平動(dòng)點(diǎn)軌道的潛在拓展性試驗(yàn)進(jìn)行分析，借助穩(wěn)定流形分別設(shè)計(jì)了環(huán)月軌道飛抵地月L1點(diǎn)與L2點(diǎn)Halo軌道的三脈沖軌跡[13]。Mingotti等[14]結(jié)合小推力技術(shù)與不變

娥五號繼續(xù)在目標(biāo)環(huán)月飛行軌道正常行進(jìn)，并在近月點(diǎn)進(jìn)行減速制動(dòng)，以合適的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)入到環(huán)月圓軌道，最終進(jìn)入的軌道距離月面200公里左右，近月制動(dòng)時(shí)段長達(dá)1天。四是環(huán)月飛行階段。嫦娥五號在環(huán)月飛行軌道中行進(jìn)到動(dòng)力下降初始點(diǎn)，并在該階段完成軌道返回組合體和著陸上升組合體的分離，著陸上升組合體分離后要進(jìn)行降軌、變軌，軌道返回組合體將繼續(xù)環(huán)月飛行，等待上升器的到來。五是著陸下降階段。嫦娥五號著陸上升組合體將從下降初始點(diǎn)開始進(jìn)行月面軟著陸，并經(jīng)過主減速段、接近段、懸停

上升器送入到預(yù)定環(huán)月軌道。點(diǎn)火起飛前，嫦娥五號首次實(shí)現(xiàn)月面國旗展開以及上升器、著陸器的解鎖分離。自12月1日23時(shí)11分成功落月以來，嫦娥五號在約48小時(shí)的環(huán)月旅行中迅速完成了“挖土”“打包”“升旗”“起飛”等一系列項(xiàng)目，攜月球“土特產(chǎn)”即將返回地球。資料圖片默克爾情緒幾近失控“對不起，我真的很抱歉，發(fā)自內(nèi)心的。但如果我們付出的代價(jià)，是每天590人死亡，那這是不可接受的?！痹谑澜珙I(lǐng)導(dǎo)人中，默克爾應(yīng)該是最沉得住氣的一位女政治家。哪怕遭到特朗普各種羞辱痛批，她

能非常好。04.環(huán)月飛行2次減速剎車后，嫦娥五號將被月球引力捕獲，從而進(jìn)入一個(gè)高度約200公里的環(huán)月軌道。在環(huán)月軌道上，嫦娥五號著陸器與軌道器支撐艙分離，形成“軌道器、返回器組合體（軌返組合體）”與“著陸器、上升器組合體（著上組合體）”。軌返組合體將繼續(xù)留在200公里環(huán)月軌道運(yùn)行，等待上升器的歸來。著上組合體則通過2次降軌變軌至近月點(diǎn)15公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)200公里的著陸準(zhǔn)備軌道，進(jìn)行為期兩天左右的環(huán)月飛行。05.月面下降著上組合體要執(zhí)行落月任務(wù)。這一過程在嫦娥

度約200公里的環(huán)月軌道上飛行并等待上升器交會(huì)對接，著陸器上升器組合體將擇機(jī)實(shí)施月面軟著陸，進(jìn)行自動(dòng)采樣等后續(xù)工作。2020年11月24日凌晨，長征五號運(yùn)載火箭將嫦娥五號探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道。24日22時(shí)06分，嫦娥五號探測器順利完成第一次軌道修正。11月28日20時(shí)58分，嫦娥五號探測器經(jīng)過約112小時(shí)奔月飛行，在距月面約400公里處成功實(shí)施第一次近月制動(dòng)，順利進(jìn)入環(huán)月軌道。11月29日20時(shí)23分，嫦娥五號探測器在近月點(diǎn)再次“剎車”，從橢圓環(huán)月軌道變

”制動(dòng)，順利進(jìn)入環(huán)月軌道。04/環(huán)月飛行北京時(shí)間11 月29 日20 時(shí)25 分，嫦娥五號探測器在近月點(diǎn)再次“剎車”，從橢圓軌道變?yōu)榻鼒A形環(huán)月軌道。北京時(shí)間11 月30 日04 時(shí)40 分，在科技人員精確控制下，嫦娥五號著陸器上升器組合體與軌道器返回器組合體成功分離?！爸辖M合體”擇機(jī)實(shí)施月面軟著陸。05/月面下降北京時(shí)間12 月1 日23 時(shí)11 分，嫦娥五號探測器成功著陸于月球正面風(fēng)暴洋的呂姆克山脈以北地區(qū)。06/月面工作北京時(shí)間12 月2 日22 時(shí)

點(diǎn)的平動(dòng)點(diǎn)軌道和環(huán)月軌道兩大類。不同的軌道類型可以選擇的軌道有多種，地月L2點(diǎn)的平動(dòng)點(diǎn)軌道主要有環(huán)月軌道主要有圓軌道、大橢圓軌道等；地月L2點(diǎn)Halo軌道、Lissajous軌道等。根據(jù)月球南極任務(wù)需求，月球極區(qū)水冰探測及月球資源原位利用等其他科學(xué)探測，對可以選擇的軌道的基本情況進(jìn)行了比較，如表1所示。根據(jù)表1中的對比分析可以看出，考慮對月球南極的中繼通信支持時(shí)長，橢圓環(huán)月軌道和平動(dòng)點(diǎn)Halo軌道是兩類軌道中較好的選擇。表1 軌道基本情況對比表Table

區(qū)探測任務(wù)要完成環(huán)月詳查、中繼，以及著陸、巡視等任務(wù)，本文從中繼軌道的選擇、中繼軌道與環(huán)月、著陸任務(wù)的配合等方面對月球極區(qū)探測軌道進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。1 中繼軌道選擇對月球南極進(jìn)行中繼，可以采用環(huán)月圓極軌道[1]、地月L2軌道、傾斜大橢圓凍結(jié)軌道、近直線暈軌道（Near Rectilinear Halo Orbit，NRHO）[5]等。在不考慮月面光照情況下，對這幾種類型軌道分別進(jìn)行分析，對通信時(shí)長、通信距離、形成條件等進(jìn)行對比，選擇適合本次任務(wù)的中繼軌道。1

術(shù)，多普勒測量在環(huán)月探測器的定軌計(jì)算中一直扮演著重要角色。20世紀(jì)70年代，Muller等[8]利用Lunar orbiter 1～5的S頻段多普勒測量數(shù)據(jù)進(jìn)行月球重力場研究，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量瘤分布。Lunar Prospector探測器的多普勒測量精度為0.2 mm/s(10 s積分周期)，2011年發(fā)射的GRAIL-A，其軌道計(jì)算也主要依賴于X頻段的多普勒數(shù)據(jù)，其測量精度為0.03 mm/s(10 s積分周期)[9]。中國探月工程以地基USB/UXB(嫦娥一

飛行約3d后進(jìn)入環(huán)月軌道。載人登月飛行器的各部分于近地軌道完成組裝，近地軌道停留時(shí)間約2d，然后進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，飛行約3d后進(jìn)入環(huán)月軌道，在環(huán)月軌道完成載人飛船與月面著陸與上升飛行器的交會(huì)對接。通過月面著陸與上升飛行器在月面飛行著陸，航天員月面出艙探測，采集月面樣本后由上升飛行器將返回艙送入環(huán)月軌道，進(jìn)而與停留在軌道上的月地轉(zhuǎn)移級進(jìn)行對接返回地球。載人月面著陸與上升飛行器總共飛行時(shí)間約11d，其中在近地軌道停留1d，地月轉(zhuǎn)移軌道飛行3d，環(huán)月飛行及月面活

轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行，擇機(jī)實(shí)施動(dòng)力下降，在月球背面馮·卡門撞擊坑實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸[1]。月面定點(diǎn)軟著陸對進(jìn)行月面勘測或載人登月都有著重要的意義[2]?！鞍⒉_”工程后期的飛行實(shí)踐表明，探測器完全可以在月球表面預(yù)定位置準(zhǔn)確降落，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)著陸[3]。眾多文獻(xiàn)對在地外天體探測中實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)著陸的軌道設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究，常用的變軌策略有圈次調(diào)整、調(diào)相軌道和軌道面調(diào)整等[4-9]。文獻(xiàn)[4]在討論不同地月轉(zhuǎn)移軌道方案的基礎(chǔ)上，考慮了調(diào)整地月轉(zhuǎn)移時(shí)間、環(huán)月軌

器從100 km環(huán)月圓軌道進(jìn)行降軌控制，受控落月于坐標(biāo)為52.27°E1.64°N的豐富海中心［1］。“嫦娥三號”探測器在環(huán)月100 km圓軌道運(yùn)行期間，實(shí)施軌道機(jī)動(dòng)，進(jìn)入100 km×15 km橢圓軌道，經(jīng)過動(dòng)力下降，以軟著陸的方式降落在月球虹灣地區(qū)［2］。“嫦娥四號”探測器在地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行后，進(jìn)入100 km×15 km 橢圓軌道，擇機(jī)動(dòng)力下降，在月球背面馮·卡門撞擊坑實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸［3］。相對于月球正面大面積平坦的月海區(qū)域，

月制動(dòng)，順利進(jìn)入環(huán)月圓軌道。此后，探測器經(jīng)歷組合體分離、環(huán)月降軌及動(dòng)力下降，著陸器和上升器組合體于12月1日在月球正面預(yù)選區(qū)域著陸并開展采樣工作。12月3日，上升器點(diǎn)火起飛、精準(zhǔn)入軌，于12月6日完成與軌道器和返回器組合體之間的交會(huì)對接及樣品轉(zhuǎn)移，此后按計(jì)劃分離并受控落月。12月12日至16日，軌道器和返回器組合體在完成2 次月地轉(zhuǎn)移入射、2 次軌道修正后，返回器于12月17日與軌道器分離并重返地球。嫦娥五號探測器在一次任務(wù)中，連續(xù)實(shí)現(xiàn)我國航天史上首次月面

趣的亮點(diǎn)來了：在環(huán)月軌道運(yùn)行的嫦娥五號軌道器和返回器組合體，體重達(dá)2.3噸左右，如何和體重僅有400公斤左右的上升器成功“牽手”？兩噸多的胖小伙如何“追上”這么袖珍的小姑娘？這可是嫦娥五號探測器的專屬秘籍。最緊要的是耐心——等待。重達(dá)2.3噸的小胖子——軌返組合體一邊數(shù)著星星，一邊算著與上升器再次見面的日子，在兩天時(shí)間內(nèi)完成4次調(diào)相控制，在月球圓形軌道上“哼哧哼哧”地完成長跑。胖小伙很有耐心，在與上升器再次見面前，作好最充分的準(zhǔn)備，力爭以最帥氣的姿態(tài)等待上

上升器進(jìn)入了預(yù)定環(huán)月軌道。嫦娥五號上升器月面點(diǎn)火 成功實(shí)現(xiàn)我國首次地外天體起飛。將攜帶樣品的上升器送入到近月點(diǎn)環(huán)月軌道。12 月6 日5 時(shí)42 分,嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會(huì)對接,并于6 時(shí)12 分將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。這是我國首次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對接。從上升器進(jìn)入環(huán)月飛行軌道開始,通過遠(yuǎn)程導(dǎo)引和近程自主控制,軌道器和返回器組合體逐步靠近上升器,以抱爪的方式捕獲上升器,完成交會(huì)對接。嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器成功分離,

在考慮測控要求、環(huán)月傾角接近90°的條件下，以滿足嫦娥四號任務(wù)需求為目標(biāo)，提出了一種基于雙層迭代的高精度“定時(shí)定點(diǎn)”月面軟著陸軌道控制策略，然后針對飛控中各種因素的殘差，在近月制動(dòng)和環(huán)月修正增加面外修正速度增量，確保落點(diǎn)位置和時(shí)刻的精度滿足要求。1 單層迭代的軌道控制策略嫦娥三號軟著陸任務(wù)的著陸區(qū)為月球正面的虹灣，由于虹灣地區(qū)相對而言較為平坦，可著陸區(qū)域較大，任務(wù)計(jì)劃的著陸區(qū)域?yàn)椋涸旅婢暥?4.1°N±1.5°N，經(jīng)度18.2°W～34.6°W。著陸區(qū)域經(jīng)

微衛(wèi)星，圓滿完成環(huán)月探測任務(wù)，在地面飛行控制人員的精心操控下，按計(jì)劃在月球背面預(yù)定區(qū)域受控撞月?！?龍江二號微衛(wèi)星實(shí)物圖解讀：“龍江二號”微衛(wèi)星整星重量僅47千克，于2018年5月21日隨鵲橋號中繼星搭載發(fā)射，同年5月25日22時(shí)順利進(jìn)入環(huán)月軌道。該星由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制，設(shè)計(jì)壽命1年，實(shí)際在軌運(yùn)行437天，圓滿完成了既定任務(wù)目標(biāo)。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，標(biāo)志著“龍江二號”成為世界首顆獨(dú)立完成地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行的微衛(wèi)星，也由此探索了一種低成本深空探測的

點(diǎn)約100公里的環(huán)月軌道。2018年12月30日，嫦娥四號探測器順利進(jìn)入預(yù)定的月球背面著陸準(zhǔn)備軌道。2019年1月3日晨，嫦娥四號探測器在距月面100米處開始懸停。2019年1月3日10時(shí)26分，嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面南極艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑的預(yù)選著陸區(qū)。2019年1月11日下午，在“鵲橋”中繼星支持下，著陸器與玉兔二號巡視器在月背實(shí)現(xiàn)相互拍照，嫦娥四號工程任務(wù)獲得圓滿成功。月背的一小步，人類航天發(fā)展的一大步！星河燦爛，深空浩渺，中國人自古以

轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行，最后軟著陸至月球背面南極-艾特肯盆地，從而完成人類首次月球背面軟著陸探測的壯舉?！版隙鹚奶柼綔y器由著陸器和巡視器組成，著陸月面后將擇機(jī)釋放巡視器，對月球背面巡視區(qū)地貌、礦物組份、淺層結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測，并在國際上首次實(shí)現(xiàn)月基低頻射電天文觀測?！辨隙鹚奶柸蝿?wù)探測器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師孫澤洲介紹。據(jù)悉，“嫦娥四號”任務(wù)中，我國與荷蘭、德國、瑞典、沙特開展了4項(xiàng)科學(xué)載荷方面的國際合作。此次任務(wù)還搭載了3項(xiàng)國內(nèi)高校研制的科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目?！盁o論是從工程

素材聚焦2 首位環(huán)月旅客前澤友作前澤友作是個(gè)特別“文藝”的商人，從來不為在藝術(shù)品上擲以重金心疼——昂貴的SpaceX私人環(huán)月旅行將花費(fèi)數(shù)千萬美元。他從小就喜歡月亮，近距離接觸月球是他畢生的夢想。他買下了整艘飛船的所有座位，啟動(dòng)了名為“dearmoon”的項(xiàng)目，招募來自各個(gè)領(lǐng)域的藝術(shù)家。在為SpaceX宣傳時(shí)，他寫道：“如果畢加索能近距離觀察月亮，他會(huì)創(chuàng)作出怎樣的杰作？如果約翰·列儂曾親見過地球輪廓，他會(huì)譜寫出怎樣的歌曲？如果他們都曾有機(jī)會(huì)游歷太空，我們今天

點(diǎn)約100公里的環(huán)月軌道。近月制動(dòng)是月球探測器飛行過程中一次關(guān)鍵的軌道控制。飛臨月球附近時(shí)，探測器通過減速制動(dòng)，使其相對速度低于月球逃逸速度，從而被月球引力捕獲。16時(shí)39分，在航天飛行控制中心，科技人員發(fā)出指令，嫦娥四號探測器在距月面129公里處成功實(shí)施7500牛發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，約5分鐘后，發(fā)動(dòng)機(jī)正常關(guān)機(jī)。根據(jù)實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)監(jiān)視判斷，嫦娥四號探測器順利進(jìn)入環(huán)月軌道，近月制動(dòng)獲得圓滿成功。據(jù)了解，嫦娥四號探測器準(zhǔn)時(shí)發(fā)射、準(zhǔn)確入軌，原計(jì)劃在近月制動(dòng)前實(shí)施的3次軌道

#環(huán)月旅行，這次靠譜嗎？#近日，馬斯克旗下公司SpaceX簽下第一單私人月球旅行合約，將用BFR（大型獵鷹火箭） 在2023年送日本億萬富翁、日本最大時(shí)尚在線網(wǎng)站Zozotown創(chuàng)始人前澤友作往返月球，有望成為近半個(gè)世紀(jì)以來首位乘坐SpaceX公司的BFR繞月飛行的人。對此，既有網(wǎng)友認(rèn)為這是環(huán)月旅行To C的商業(yè)化曙光，也有網(wǎng)友擔(dān)心技術(shù)不夠成熟，甚至2023年就“上天”可能會(huì)引發(fā)悲劇。有錢真的能“上天”@皮皮秀：這位即將環(huán)月的富豪叫前澤友作？對，“錢則有座

布了雄心勃勃的“環(huán)月之旅”計(jì)劃細(xì)節(jié)：2023年，SpaceX公司研制的“大型獵鷹火箭”將把太空游客送到距離月球200公里的軌道上，首名簽約游客為日本富豪前澤友作。日本富豪成繞月新游客據(jù)美國《紐約時(shí)報(bào)》17日報(bào)道，馬斯克當(dāng)天宣布，“這趟人類歷史上意義非凡的太空飛行將會(huì)在2023年啟程，最近將到達(dá)距離月球200公里的軌道”。執(zhí)行這次“環(huán)月之旅”的航天器名為“大型獵鷹火箭”（BFR），主要用于將人類送上月球和火星，由主火箭和宇宙飛船（BFS）組成。它的主火箭將配

時(shí)，先后留守位于環(huán)月軌道的指令艙的6位宇航員。在每次執(zhí)行任務(wù)的3位宇航員中，都會(huì)有一位留在指令艙里，另兩位駕駛登月艙前往月球。當(dāng)指令艙位于環(huán)月軌道的最高點(diǎn)時(shí)，留守指令艙的宇航員離登陸月球的宇航員約有3585千米。這也是這些宇航員和其他地球人相距最遠(yuǎn)的時(shí)候。也許我們永遠(yuǎn)無法準(zhǔn)確地知道誰是最孤獨(dú)的人。也許是某個(gè)因船只沉沒而漂泊在南半球大洋上的18世紀(jì)水手。但在有力的歷史證據(jù)出現(xiàn)之前，我還是覺得那6位先后獨(dú)自留守指令艙的宇航員最該獲得這一稱號。我們繼續(xù)看后半個(gè)問

時(shí)，先后留守位于環(huán)月軌道的指令艙的6位宇航員。在每次執(zhí)行任務(wù)的3位宇航員中，都會(huì)有一位留在指令艙里，另兩位駕駛登月艙前往月球。當(dāng)指令艙位于環(huán)月軌道的最高點(diǎn)時(shí)，留守指令艙的宇航員離登陸月球的宇航員約有3585千米。這也是這些宇航員和其他地球人相距最遠(yuǎn)的時(shí)候。也許我們永遠(yuǎn)無法準(zhǔn)確地知道誰是最孤獨(dú)的人。也許是某個(gè)因船只沉沒而漂泊在南半球大洋上的18世紀(jì)水手。但在有力的歷史證據(jù)出現(xiàn)之前，我還是覺得那6位先后獨(dú)自留守指令艙的宇航員最該獲得這一稱號。我們繼續(xù)看后半個(gè)問

3）·工程技術(shù)·環(huán)月快速交會(huì)調(diào)相策略設(shè)計(jì)與任務(wù)分析祝 海，羅亞中，楊 震（國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院，長沙410073）針對未來載人登月任務(wù)中登月前環(huán)月軌道交會(huì)對接與組裝問題，基于我國現(xiàn)有近地兩天交會(huì)對接飛行方案，設(shè)計(jì)了環(huán)月軌道一天快速降軌交會(huì)任務(wù)的調(diào)相變軌方案，采用四脈沖修正特殊點(diǎn)變軌算法進(jìn)行求解。分析了快速交會(huì)的調(diào)相終端控制精度、最優(yōu)初始相位角范圍等任務(wù)特性參數(shù)，給出了滿足調(diào)相段終端控制精度所需要的定軌精度，分析了環(huán)月軌道傾角、調(diào)相段終端瞄準(zhǔn)相

和最大高度。2）環(huán)月軌道到達(dá)條件約束因?yàn)槭茉旅嬷扅c(diǎn)位置、月面停留時(shí)間、交會(huì)對接等的限制，要求地月轉(zhuǎn)移軌道的近月點(diǎn)必須滿足環(huán)月軌道參數(shù)的約束，主要包括：軌道高度約束、軌道傾角約束、升交點(diǎn)赤經(jīng)約束［16］。（1）軌道高度約束要求地月轉(zhuǎn)移軌道近月點(diǎn)高度要大于目標(biāo)環(huán)月軌道高度，又不能距離月球太遠(yuǎn)，以便通過合適的變軌策略將航天器送入預(yù)定環(huán)月軌道，如式（4）：其中：rLC為地月轉(zhuǎn)移軌道的近月距，rLmin為目標(biāo)環(huán)月軌道高度，rLmax為地月轉(zhuǎn)移軌道近月距允許的最大值

201109）環(huán)月軌道一體式星敏感器熱設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證張 彧，趙吉喆，張 翔，劉岡云（上海衛(wèi)星工程研究所，上海 201109）文章提出了一種適用于環(huán)月軌道條件下的一體式星敏感器的復(fù)合熱設(shè)計(jì)方案。一體式星敏感器自身熱耗集中，在環(huán)月軌道條件下受太陽輻射和月球紅外輻射共同影響，散熱條件惡劣。利用熱管、熱控涂層、多層和電加熱器等熱控措施相結(jié)合的方法，解決了環(huán)月軌道條件下的一體式星敏感器的散熱問題。通過仿真分析，星敏感器最高溫度36.7 ℃，滿足單機(jī)溫度要求。環(huán)月軌

和有效載荷發(fā)送至環(huán)月軌道，并與等待在環(huán)月軌道的指令艙進(jìn)行交會(huì)對接；下降級包括提供支架和推進(jìn)劑部分。阿波羅登月飛行器概念模型[7]如圖1所示。圖1 登月飛行器概念模型Fig.1 Conception model of lunar spacecraft我國的載人登月飛行器系統(tǒng)可參照阿波羅載人登月飛行器進(jìn)行設(shè)計(jì)，即整個(gè)登月飛行器由載人飛船系統(tǒng)、登月飛船系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)組成。載人飛船可參照阿波羅飛船的兩艙構(gòu)型或者繼承我國神舟飛船的三艙構(gòu)型，本文的研究假設(shè)我國的登月飛

4)?月球探測器環(huán)月段返回速度影響因素研究饒建兵1向開恒1彭坤2(1 北京電子工程總體技術(shù)研究所， 北京 100854) (2 北京空間技術(shù)研制試驗(yàn)中心， 北京 100094)環(huán)月探測器存在需要返回地面的情況，由于環(huán)月探測器返回軌道動(dòng)力學(xué)模型的高度非線性，很難從機(jī)理上對其進(jìn)行分析。針對此問題，文章首先建立一種月地轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)模型，提出了月地轉(zhuǎn)移出發(fā)圓的概念，分析并確定了出發(fā)圓參數(shù)的主要影響因素是返回時(shí)間和返回軌道傾角，而后分析了出發(fā)圓參數(shù)隨主要影響因素的變

不同高度和β角的環(huán)月圓軌道下，探測器的太陽和月球紅外熱流密度，并分析了其熱流隨軌道變化的規(guī)律。在嫦娥三號探測器熱分析中采用月面月壤熱數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了著陸月面探測器表面在全月晝不同太陽高度角下的太陽熱流和月表紅外熱流密度。通過對各個(gè)表面散熱能力的分析總結(jié)，得出了背月面和背陽面的兩個(gè)有效散熱面，可為環(huán)月和月表探測器熱設(shè)計(jì)提供參考。月球探測器；外熱流；環(huán)月軌道；月面；散熱面；散熱能力1 引言航天器的外熱流是熱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，特別是輻射散熱面的設(shè)計(jì)非常依賴于其吸收熱流

該氫鎳電池除了在環(huán)月階段陰影期支持整星工作外，還須按要求在最初的發(fā)射階段提供功率，允許對飛往月球巡航期間衛(wèi)星姿態(tài)出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行調(diào)整，并支持近月制動(dòng)、環(huán)月、月食階段的供電，同時(shí)還須要考慮長光照期間電池荷電保持。由于電池的性能衰降關(guān)系到衛(wèi)星的壽命，而充電控制方法對蓄電池的性能有著十分重要的影響［1］，因此必須制定行之有效的電池在軌管理策略。本文針對月球衛(wèi)星氫鎳蓄電池應(yīng)用的特點(diǎn)，提出了電子電量計(jì)控制與硬件壓力控制相結(jié)合的氫鎳蓄電池在軌自主管理技術(shù)，包括充電控

100km制動(dòng)、環(huán)月軌道機(jī)動(dòng)與定軌、X頻段測控、高精度對月成像等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),為實(shí)現(xiàn)成功落月積累經(jīng)驗(yàn)。10月2日12時(shí)25分,“嫦娥二號”衛(wèi)星成功實(shí)施首次地月轉(zhuǎn)移軌道中途修正。10月6日上午11時(shí)6分,“嫦娥二號”衛(wèi)星實(shí)施第一次近月制動(dòng),32分鐘后,衛(wèi)星順利進(jìn)入周期約12小時(shí)的橢圓環(huán)月軌道。10月8日上午10時(shí)45分,“嫦娥二號”衛(wèi)星開始實(shí)施第二次近月制動(dòng),約17分鐘后,衛(wèi)星順利進(jìn)入周期約3.5小時(shí)的橢圓環(huán)月軌道。“嫦娥二號”衛(wèi)星遠(yuǎn)月點(diǎn)高度由8631km降

，使衛(wèi)星捕獲預(yù)定環(huán)月軌道起始點(diǎn)。在月球軌道捕獲階段，GNC系統(tǒng)執(zhí)行幾次軌控發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，使衛(wèi)星捕獲月球軌道并進(jìn)入標(biāo)稱環(huán)月軌道。在環(huán)月軌道，GNC系統(tǒng)使衛(wèi)星本體對月球定向、太陽帆板對太陽定向、定向天線對地球定向。本文概要介紹嫦娥一號衛(wèi)星GNC系統(tǒng)組成、控制方法、系統(tǒng)特點(diǎn)和典型飛行結(jié)果。2 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)模型與控制目標(biāo)嫦娥一號衛(wèi)星是帶有撓性太陽帆板、大型充液貯箱和中心剛體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)體，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)包括剛體平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)、撓性振動(dòng)、液體晃動(dòng)等。引入坐標(biāo)系：“Oi”代表慣性坐標(biāo)系