走得更遠——載人登月任務(wù)中的控制技術(shù)展望

引    言

       月球是距離地球最近的天體，雖然人類早已實現(xiàn)登陸月球，但僅有幾次屈指可數(shù)的短暫停留，使得人類對月球的了解仍然非常有限。從各航天大國月球探測發(fā)展規(guī)劃來看，在完成無人月球探測之后，都將開展載人月球探測和載人月球基地建設(shè)任務(wù)，可見載人登月必將再次上演。為了登陸月球和返回地球，航天器的軌道、姿態(tài)以及運行都需要控制技術(shù)，同時從保護和服務(wù)航天員的角度出發(fā)，載人登月控制技術(shù)的需求更復(fù)雜、指標更高、難度更大，因此控制技術(shù)是未來載人登月的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域之一。

無人和有人月球探測的歷程與現(xiàn)狀

     1969年7月美國“阿波羅”11號飛船實現(xiàn)了人類的首次登月，隨后又有5艘飛船成功登月。開展無人和載人月球探測，認識月球和開發(fā)月球資源，必然需要經(jīng)歷到達月球的著陸過程，而如何將著陸器和航天員安全送達月面指定著陸點，可靠的實現(xiàn)軟著陸，制導(dǎo)控制技術(shù)尤為重要。再次開啟的月球探測熱潮中，月球基地建設(shè)、航天員月面活動，都需要月面移動和作業(yè)，月面復(fù)雜環(huán)境中的控制技術(shù)，將面臨更多挑戰(zhàn)。無人月面取樣返回和航天員返回，都要進行月面起飛上升及準確進入地月返回軌道，此過程的控制技術(shù)是保證任務(wù)成敗的關(guān)鍵。

月球探測規(guī)劃與載人登月構(gòu)想

未來月球探測可分為四步，分別為無人月球站、機器人登月、載人登月以及月球長期基地工程。無論是近期的無人月球探測、中期的載人登月任務(wù)還是長期的月球基地建設(shè)，都離不開以月球軟著陸、月面活動、月面起飛上升過程中的關(guān)鍵——控制技術(shù)。

圖1  典型載人登月任務(wù)過程(示意)

載人登月中的控制技術(shù)及展望

                          圖2  載人登月控制技術(shù)體系要素

載人登月的月面活動，一般指以航天員為中心開展月面科學(xué)探測的過程，主要包括月面移動、觀測記錄、信息交互、操作設(shè)備、應(yīng)急處置等。

圖3  航天員月面活動任務(wù)組成

·月面起飛上升控制技術(shù)

載人登月月面起飛上升是指航天員執(zhí)行月球科學(xué)探測任務(wù)后，安全準確地將登月艙從月球表面起飛、調(diào)姿后進入環(huán)月軌道，并滿足環(huán)月軌道交會對接初始條件的過程。載人月面起飛上升過程可以為3個飛行階段：垂直起飛段、姿態(tài)調(diào)整段及射入段。

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共性基礎(chǔ)技術(shù)方向

·月面設(shè)施自主運行技術(shù)

·人機交互協(xié)同智能控制技術(shù)

·自主診斷重構(gòu)技術(shù)

·基于序列圖像的自主控制技術(shù)