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月表温度和地形对科研站选址的影响

中国空间科学技术（中英文） 2024年第2期44卷 125-135页

作者：张思勃刘阳王慎泉彭祺擘王超姚伟中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 航天员科研训练中心北京100094

月球极区具有独特的地理特征和潜在的水冰资源,是未来月球科学探测和基地建设的优选区域。但月球极地具有太阳光照条件差异显著、月地直接通信范围有限、月表温度变化幅度大、地势陡峭等特点,对选址研究提出了巨大挑战。定量化地研究月... 详细信息

月球极区具有独特的地理特征和潜在的水冰资源,是未来月球科学探测和基地建设的优选区域。但月球极地具有太阳光照条件差异显著、月地直接通信范围有限、月表温度变化幅度大、地势陡峭等特点,对选址研究提出了巨大挑战。定量化地研究月球极地相对宜居区的温度和地形分布,对于深入探索月球极地具有重要意义。利用月球勘测轨道器(LRO)上搭载的激光高度计(LOLA)和辐射计(Diviner)的观测数据产品,建立了一种月球相对宜居区的评估方法;并以月球南极为目标选取了典型的相对宜居区,对相对宜居区内的表面温度的日变化和季节变化特征进行了研究,分析对比了各相对宜居区的地形坡度、表面粗糙度和地形高度分布等情况。其中区域A(Scott M附近)地处月球南极的相对高地(约3~7 km),坡度(中位数为8°)和表面粗糙度(小于2 m)适中;区域B(de Gerlache附近)最靠近南极中心,太阳可见度可高达0.8,坡度较陡(中位数为12.4°),表面粗糙度适中(小于2 m);区域C(Amundsen附近)的地势最低(约-1.8~-0.5 km),太阳可见度(小于0.6)和地球可见度(小于0.5)最小,地形坡度最缓(中位数为5.4°),但是有约26%的区域表面粗糙度大于3 m。夏季夜晚,区域B和区域A内局部温度可分别超过0℃和-20℃,具有相对较好的温度环境,可作为潜在的选址区域。

关键词：月球表面温度月球地形高度月球表面坡度月球表面粗糙度月球相对宜居区

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针对多裂纹弹性基础Timoshenko梁振动分析的一种解析方法

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航空学报 2024年

作者：伍科彭祺擘武新峰刘朋博寇亚军中国航天员科研与训练中心中国载人航天工程办公室航天跃盛(杭州)信息技术有限公司上海分公司

针对具有弹性基础的任意多开裂纹Timoshenko阻尼梁结构，基于分布传递函数法(DTFM)的基本形式，提出了一种用于振动分析的新颖的解析方法。对于弹性基础，采用了考虑剪切变形和转动变形的二参数连续弹簧模型；对于梁结构上的局部开裂纹... 详细信息

针对具有弹性基础的任意多开裂纹Timoshenko阻尼梁结构，基于分布传递函数法(DTFM)的基本形式，提出了一种用于振动分析的新颖的解析方法。对于弹性基础，采用了考虑剪切变形和转动变形的二参数连续弹簧模型；对于梁结构上的局部开裂纹，引入了一种描述裂纹处广义位移不连续的局部附加柔度矩阵，然后建立了弹性基础多裂纹阻尼梁的控制方程；采用增强型分布传递函数形式，对裂纹梁组件和非裂纹组件分别建立了局部边界矩阵，并在全局坐标系中组装成全局边界方程；最后，以积分的形式得到了多裂纹阻尼梁的封闭形式的解析解；应用解析表达式，对裂纹梁结构的模态频率、模态振型及频域响应进行分析。在数值仿真算例中，将本文方法得到的动力学响应结果与参考文献和用有限元方法得到的结果进行了对比，验证了提出方法的正确性。与有限元方法相比，提出的方法对于中、高频动力学响应计算具有更高的精度和效率，可以有效地应用于弹性基础梁的裂纹检测问题中。

关键词：分布传递函数法弹性基础多裂纹梁模态频率频域响应高频动力学

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航天器入轨状态与偏差传播分析

系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2117-2127页

作者：彭祺擘刘将辉张海联周建平中国航天员科研训练中心北京100094 中国载人航天工程办公室北京100071 北京航空航天大学宇航学院北京100083

本文研究了航天器入轨状态和入轨偏差传播问题。推导了火箭熄火时的入轨速度平方比率及速度仰角与主要轨道参数之间的关系,从而分析航天器的入轨状态。建立了航天器转移轨道的偏差传播矩阵,得到入轨偏差对转移轨道的影响。将本文的偏差... 详细信息

本文研究了航天器入轨状态和入轨偏差传播问题。推导了火箭熄火时的入轨速度平方比率及速度仰角与主要轨道参数之间的关系,从而分析航天器的入轨状态。建立了航天器转移轨道的偏差传播矩阵,得到入轨偏差对转移轨道的影响。将本文的偏差传播分析方法与传统轨道误差分析方法进行对比以验证本文方法的正确性。最后,通过仿真算例分析了航天器入轨状态和入轨偏差对转移轨道的影响。

关键词：轨道参数入轨状态入轨偏差偏差传播矩阵

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一种常值推力作用的轨道机动优化设计策略

宇航学报 2024年第3期45卷 389-398页

作者：刘将辉彭祺擘张海联周建平中国航天员科研训练中心北京100094 中国载人航天工程办公室北京100071 北京航空航天大学宇航学院北京100083

针对常值推力作用的航天器轨道机动优化设计问题开展研究,推导了航天器三维空间轨道机动动力学模型,对动力学模型各参数进行无量纲化处理以防止计算过程中出现奇异。提出了一种先轨道等待再轨道机动的优化设计策略,航天器先在初始轨道... 详细信息

针对常值推力作用的航天器轨道机动优化设计问题开展研究,推导了航天器三维空间轨道机动动力学模型,对动力学模型各参数进行无量纲化处理以防止计算过程中出现奇异。提出了一种先轨道等待再轨道机动的优化设计策略,航天器先在初始轨道上无动力飞行一段时间进行轨道等待,然后寻找一个最优时刻施加推力再进行轨道机动。该策略将航天器的最优等待时刻和轨道机动过程中的最优控制量作为整体统一进行优化。通过基于分段积分技术的多重直接打靶法将原先复杂的轨迹优化设计问题转化为每个子时间区间的非线性规划问题,采用内点法进行求解。仿真验证了本文优化设计策略的有效性。

关键词：三维空间轨道轨道等待轨道机动常值推力

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弱引力双小行星系统的低能着陆轨道设计

空间控制技术与应用 2024年第3期50卷 1-10页

作者：刘学文席涛周洪刚彭祺擘杨洪伟李爽南京航空航天大学南京211016 宇航动力学国家重点实验室西安710043 中国航天员科研训练中心北京100094

针对在弱引力双小行星系统环境下,探测器无动力或仅具有微弱机动能力时的表面着陆问题,提出基于不稳定流形和庞加莱截面法的低能着陆轨道设计方法.通过搜索共线平动点附近的周期轨道,计算单值矩阵的特征值及特征向量,求解周期轨道的不... 详细信息

针对在弱引力双小行星系统环境下,探测器无动力或仅具有微弱机动能力时的表面着陆问题,提出基于不稳定流形和庞加莱截面法的低能着陆轨道设计方法.通过搜索共线平动点附近的周期轨道,计算单值矩阵的特征值及特征向量,求解周期轨道的不稳定流形,大幅减少了着陆过程中的燃料消耗.对于有微弱机动能力的着陆器,提出不稳定流形和下降轨道集拼接的轨道设计方法,获得满足末端约束的低能着陆轨道.通过数值仿真验证:与遗传算法计算双脉冲着陆轨迹方法相比,本文所提方法可以灵活地添加末端约束以及设计目标着陆点,且不需要设计惩罚函数以及进行迭代运算,计算效率高.与完全自然着陆的低能量着陆轨迹相比,该方法能够有效地扩大着陆候选区域.

关键词：双小行星系统椭球体–椭球体模型庞加莱截面低能着陆不稳定流形

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ESA月球村建造计划解析及启示

土木工程与管理学报 2024年第2期41卷 1-9页

作者：周诚余悦高玉月彭祺擘王慎泉华中科技大学国家数字建造技术创新中心湖北武汉430074 华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074 中国航天员科研训练中心北京100094

月球基地在未来具有重要的战略价值,可作为空间安全基地以及航天科学研究的平台。欧洲航天局(ESA)于2015年提出月球村的概念,并于2020年由其并行设施中心(CDF)发表了研究报告《月球村:月球栖息地概念设计》。本文基于该研究报告,首先,... 详细信息

月球基地在未来具有重要的战略价值,可作为空间安全基地以及航天科学研究的平台。欧洲航天局(ESA)于2015年提出月球村的概念,并于2020年由其并行设施中心(CDF)发表了研究报告《月球村:月球栖息地概念设计》。本文基于该研究报告,首先,介绍了月球村的基本概念,包括其系统划分和总体布局,概述了月球村计划以建造月球栖息地为主要任务的具体实现方案。随后,本文解析了月球村计划的核心——月球栖息地的内部建筑设计与功能分区,并对月球栖息地刚性支撑框架+柔性充气外壳的混合结构特点进行了详细说明。最后,本文从电力、热控、辐射屏蔽三个角度分析了月球栖息地的维保系统设计,为未来的月球基地建造方案和计划提供参考。

关键词：月球基地地外建造充气外壳 ESA

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载人月球科研试验站若干问题思考

宇航学报 2023年第9期44卷 1436-1446页

作者：彭祺擘王平邢雷中国航天员科研训练中心北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094

为实现月球探测的可持续发展,在实施首次载人登月任务后,将探索建造载人月球科研试验站,实现人在月面长期生存和月球资源开发利用。针对此背景,调研了国外载人月球探测两次热潮提出的发展规划与现状,之后根据载人深空探测发展规律,分析... 详细信息

为实现月球探测的可持续发展,在实施首次载人登月任务后,将探索建造载人月球科研试验站,实现人在月面长期生存和月球资源开发利用。针对此背景,调研了国外载人月球探测两次热潮提出的发展规划与现状,之后根据载人深空探测发展规律,分析并思考提出以验证人类长期地外生存技术与难点问题、开展月球深度科学研究、资源的探测与开发利用等任务为建站目标;在分析建站难点与发展趋势的基础上,探讨了未来可能分步实施、循序渐进的发展规划与路径;面向战略、科学、工程与经济4大要素,并重点考虑载人航天安全性要求,提出了建站选址的初步思路,最后分析了初步思考的6项关键技术及难点问题与发展规划。

关键词：载人登月载人月球科研试验站建站目标发展规划建站选址

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载人月球探测任务初期多视角分层分析方法

宇航学报 2023年第10期44卷 1483-1495页

作者：倪庆彭祺擘张海联中国航天员科研训练中心北京100094 中国载人航天工程办公室北京100032

针对载人月球探测任务构成系统多、系统交互关系复杂的特点,提出了一种基于模型的多视角分层分析方法。在任务前期(任务概念研究和初步开发阶段),从不同视角对任务层和系统层进行描述,建立任务层和系统层黑盒模型。与基于文档的任务分... 详细信息

针对载人月球探测任务构成系统多、系统交互关系复杂的特点,提出了一种基于模型的多视角分层分析方法。在任务前期(任务概念研究和初步开发阶段),从不同视角对任务层和系统层进行描述,建立任务层和系统层黑盒模型。与基于文档的任务分析方法相比,多视角分层分析方法采用系统建模语言(SysML)对任务进行模型化描述,在任务初期从不同视角对任务和系统进行全面分析。方法采用以模型为中心的思想,支持系统模型快速迭代设计,提高了设计和分析效率。以载人月球探测任务为应用案例,验证了任务内各系统接口匹配情况,并检验了任务逻辑和系统状态设计的正确性。

关键词：载人月球探测多视角分层黑盒模型任务分析与验证

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月球空间站停泊轨道选择分析

宇航学报 2022年第2期43卷 167-172页

作者：彭祺擘吕纪远中国航天员科研训练中心北京100094

系统梳理了月球附近可用于部署空间站的停泊轨道类型,给出了不同类型轨道的定义及主要参数,通过仿真计算和对比国内外轨道研究结论,分析了不同类型轨道的能量需求、登月任务支持性、空间环境等特点,在此基础上,分析了美国“深空之门”... 详细信息

系统梳理了月球附近可用于部署空间站的停泊轨道类型,给出了不同类型轨道的定义及主要参数,通过仿真计算和对比国内外轨道研究结论,分析了不同类型轨道的能量需求、登月任务支持性、空间环境等特点,在此基础上,分析了美国“深空之门”空间站部署轨道选择的主要考虑和依据,并提出了各类轨道的应用建议,可为未来部署月球空间站的停泊轨道选择提供技术参考。

关键词：月球空间站深空之门绕月轨道地月平衡点轨道地月循环轨道