基于超高精度多频点同波束VLBI技术的月球车精密相对定位†

多频点同波束VLBI技术即用射电望远镜的主波束同时观测角距很小的两个探测器, 据此得到两个探测器在两个测站间的误差为皮秒量级的差分相位时延. 作为同波束VLBI基本观测量的差分相位时延从本质上来说反映了两个探测器在天球上的角距信息. 利用我国4个VLBI测站得到的差分相位时延数据, 可实现月球车和着陆器在3.8´105 km处的天球切平面上的2维精密相对定位, 其相对定位误差应优于1 m. 在得到误差10 m的着陆区月面地形图后, 利用多频点同波束VLBI差分相位时延和着陆器测距数据, 有望实现误差10 m的月球车在月面上的精密相对定位.     

登月月球车将竞争上岗

中国绕月探测工程首席科学家、中科院院士欧阳自远日前在成都透露,中国探月计划一期15亿人民币研制经费已经到位,全国近10个单位正抓紧研制月球车,有2轮、6轮、12轮不等。最后,这些车将竞争“上岗”。欧阳自远院士是在日前为成都理工大学师生作学术报告时提及此事的。该报告题目为《月球探测与中国的登月计划》。     

月球车总动员

正人类探索月球,怎能少了月球车这样的左膀右臂?吹起集结号,月球车都动员起来,接受大家的检阅!多样的月球使者月球车是人类对月球表面进行探测的重要工具之一。区别于地球上的车辆,很多月球车不用轮子或履带,因此称月球车为月面巡视探测器或者月球探测机器人更为合适。月球车的分类方法很多,常见的主要是按照探测方式或者走行方式分类。根据探测方式的不同,月球车可以分为两类。     

月球车的惯性/天文组合导航新方法

我国月球探测二期工程将进行月面巡视探测任务,而月球车的导航和控制是任务完成的重要保障。月球车实现自主导航可以弥补地面测控的局限性,是目前亟待解决的关键技术。惯性导航和天文导航都是适用于月球车的自主导航方法,但惯性导航误差随时间积累,天文导航短时精度较低。为此,提出一种月球车自主惯性/天文组合导航新方法,通过天文导航不断对惯性导航进行校正,提高了导航的精度和可靠性。仿真结果表明,该惯性/天文组合导航方法的位置精度在25 m以内,可满足月球车长时间、长距离的高精度导航要求。     

基于视觉闭路的月球车GNC半实物仿真测试平台

提出一种基于视觉闭路的月球车GNC(导航制导与控制)分系统测试的半实物仿真平台.对平台的构成与数据流进行设计,完成平台的视觉闭路设计,针对避障相机图像畸变的参数与实际避障相机焦距之间的匹配性问题,对投影图像边缘点的畸变忽略.避障相机成像时接收动力学仿真生成的相机位置、姿态参数,利用多线程方式完成双目视觉模拟,解决了图像与规划路径匹配及快速生成问题,满足闭环测试的需求.该平台可构建多种测试工况,提高分系统测试的覆盖性和测试效率.嫦娥三号巡视器在轨长时间的月面正常行走,表明该测试平台在分系统测试中的有效性.     

摇臂式月球车的运动学建模及悬架参数优化

为了减小摇臂式月球车在崎岖不平的月球表面上行进时车体位姿的变化,给车栽科学仪器提供稳定的移动工作平台,对悬架结构参数进行了优化.在对摇臂悬架简化的基础上,定义了悬架的运动学参数,用坐标变换法建立了摇臂月球车的运动学模型,得到了以悬架运动学参数表示的车体位姿方程.以车体位姿中的垂直位移和俯仰角的变化为多目标函数,悬架结构参数为设计变量,建立了多目标优化数学模型,并利用MATLAB优化工具箱进行了优化求解.采用ADAMS软件进行了仿真分析,结果表明,优化后摇臂式月球车车体位姿的变化明显减小.     

基于ADAMS的载人月球车性能分析

以载人月球车为研究对象,对月球车转弯性能和抗倾覆性能进行了理论分析.利用PATRAN和ADAMS建立了月球车车轮、底盘、悬架及月面环境模型,对月球车转弯性能进行了分析,并对月球车爬坡、两侧同时越障、单侧越障、越过沟壑时的俯仰稳定角、滚转稳定角进行了仿真.结论指出:转弯半径随着内外侧车轮转速比的减小而减小,当转速比为0时该月球车模型具有最小转弯半径2.4 m;坡度对俯仰稳定角的不利影响最大,月球车爬坡时俯仰稳定角的减小值与坡度的倾斜角度相等,滚转稳定角受沟壑的影响最大.     

极限温度下月球车轮驱动电机带障运行性能预测

月球车在月面极端恶劣环境下长时间运行,很难得到维护,预测故障发生后其车轮驱动电机的运行性能对月球车运动控制系统的可靠性研究有重要意义。建立了室温下电机的有限元仿真模型,通过修改材料属性,对月面极限温度下电机性能进行了预测;对正常运行时的模型施加故障条件,仿真了电机带障运行时的电流和电磁转矩波形,与正常运行时进行了比较和分析。仿真结果表明：电机发生故障后,车轮无法自主起动,但在某些故障条件下,电机仍然具备一定的转矩输出能力。实验结果证明室温时模型在额定转速附近具有较好的精度。研究结论为电机的性能预测和故障诊断以及月球车可靠性分析提供了参考。     

Steering mechanical analysis for lunar rover wheel

Facing the requirement of establishing a steering mechanical model for the wheel configuration design, selection of steering motors, dynamic analysis and simulation of the lunar rover, shear force beneath the steering wheel, bulldozing resistance acting on steering wheel rims and side surfaces respectively are conducted on the basis of the wheel-loose soil interaction. The quantitative relation between steering resistance moment (SRM) and steering radius, dimension of the wheel, soil parameters is established. To validate the model, a single-wheel test bed is employed to test the steering performance of a wheel with 015735m radius and 0165m width when the steering radius is 000m, 004m, 008m, 012m and 016m, respectively. The SRM is approached asymptotically with the increasing steering angle and almost proportional to the steering radius. The theoretical results of SRM are compact with the experimental results, which shows that the steering model can predict the experimental results well.     

载人月球车扭杆式折叠悬架转向断开点位置的优化分析

以载人月球车为研究对象,利用空间机构运动学理论对月球车的扭杆式折叠独立悬架进行了数学建模分析,编制了月球车悬架转向断开点位置的Matlab程序,并对其位置进行了优化分析, 与传统的平面作图法进行对比, 优化后的断开点使得悬架导向机构和转向传动机构的干涉大幅度减小。从而为扭杆式折叠独立悬架转向断开点的位置选取提供了较为精确的方法。