1.1前言
人類要發(fā)展，必然要不斷探索并開(kāi)拓地外空間。對(duì)地外天體的探測(cè)影響深遠(yuǎn)，將成為人類進(jìn)行空間資源開(kāi)發(fā)與利用、開(kāi)展空間科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新的重要途徑。對(duì)地外天體進(jìn)行探測(cè)的主要方式包括：飛越探測(cè)（探測(cè)器從天體近旁飛過(guò)，對(duì)天體進(jìn)行近距離觀察）、環(huán)繞探測(cè)（探測(cè)器環(huán)繞天體飛行，進(jìn)行長(zhǎng)期的、周期性的觀察）、原位探測(cè)（探測(cè)器在天體表面著陸及著陸后巡視，進(jìn)行原位探測(cè)）、取樣返回探測(cè)（探測(cè)器在天體表面著陸后進(jìn)行采樣，從地外天體起飛，攜帶樣品返回地球，開(kāi)展詳細(xì)研究）。其中，要實(shí)現(xiàn)探測(cè)器對(duì)地外天體的原位探測(cè)及取樣返回探測(cè)，在地外天體表面的安全著陸及可靠起飛是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是未來(lái)拓展載人探測(cè)，建立人類月球基地、火星基地等長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)［13］。
相對(duì)于飛越探測(cè)、環(huán)繞探測(cè)而言，原位探測(cè)和取樣返回探測(cè)在技術(shù)上有著巨大的跨越，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。探測(cè)器在地外天體的軟著陸及起飛上升需要解決復(fù)雜天體環(huán)境下的自主導(dǎo)航與控制、減速下降、著陸緩沖、起飛上升等一系列技術(shù)難題。為了確保探測(cè)器在地外天體表面著陸、起飛上升等環(huán)節(jié)的安全可靠，降低技術(shù)及工程風(fēng)險(xiǎn)，必須開(kāi)展充分的試驗(yàn)驗(yàn)證。
地外天體著陸與起飛綜合模擬試驗(yàn)的核心在于模擬地外天體的特定環(huán)境，以滿足探測(cè)器著陸與起飛相關(guān)工作階段的專項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證需求。一般而言，目前人類實(shí)現(xiàn)探測(cè)器著陸與起飛的不同地外天體目標(biāo)大致可分為3類典型環(huán)境：月球類（低重力、無(wú)大氣）、火星類（低重力、有大氣）、小天體類（微重力、無(wú)大氣）［4］。
對(duì)于最終著陸段，為了驗(yàn)證探測(cè)器懸停、避障、緩速下降的工作過(guò)程，主要需模擬地外天體表面的低重力或微重力環(huán)境、地形地貌環(huán)境及對(duì)探測(cè)器所用微波、可見(jiàn)光等特定譜段電磁波的反散射特性。為了驗(yàn)證探測(cè)器著陸緩沖及著陸穩(wěn)定性能，主要需模擬地外天體表面的低重力或微重力環(huán)境及表面土壤等介質(zhì)的力學(xué)特性。對(duì)于起飛上升段，為了驗(yàn)證探測(cè)器的垂直起飛與姿態(tài)控制的工作過(guò)程，主要需模擬地外天體表面的低重力或微重力環(huán)境及探測(cè)器的初始穩(wěn)定姿態(tài)等條件。此外，對(duì)于火星等有大氣的天體的進(jìn)入、下降與著陸過(guò)程，由于大氣條件與地球差距巨大，氣動(dòng)減速是需要重點(diǎn)驗(yàn)證的環(huán)節(jié)，需關(guān)注對(duì)降落傘等氣動(dòng)減速裝置在特定的動(dòng)壓、大氣密度、飛行馬赫數(shù)等條件下的性能驗(yàn)證。
可見(jiàn)，地外天體著陸與起飛綜合模擬試驗(yàn)技術(shù)主要包括月球、火星、小天體等地外天體的低重力或微重力條件模擬試驗(yàn)技術(shù)，地外天體表面物理力學(xué)特性、電磁波反散射特性的模擬試驗(yàn)技術(shù)，以及模擬火星稀薄大氣條件的高空開(kāi)傘試驗(yàn)技術(shù)等內(nèi)容；此外，還涉及試驗(yàn)指揮與測(cè)量、試驗(yàn)保障等相關(guān)技術(shù)。
目錄
第1章概述1
1.1前言1
1.2探測(cè)器在地外天體著陸與起飛過(guò)程2
1.2.1月球探測(cè)器著陸及起飛過(guò)程2
1.2.2火星探測(cè)器進(jìn)入下降、著陸與起飛過(guò)程4
1.2.3小天體探測(cè)器著陸及起飛過(guò)程 5
1.3地外天體著陸與起飛綜合模擬試驗(yàn)的意義7
1.4地外天體著陸起飛綜合試驗(yàn)場(chǎng)概述8
1.4.1功能9
1.4.2組成10
1.4.3接口11
參考文獻(xiàn)14
第2章低重力模擬試驗(yàn)技術(shù)15
2.1相似模型試驗(yàn)法15
2.1.1模型相似性關(guān)系15
2.1.2試驗(yàn)方法17
2.2斜面試驗(yàn)法20
2.2.1斜面試驗(yàn)法原理20
2.2.2試驗(yàn)方法24
2.3懸吊試驗(yàn)法28
2.3.1懸吊試驗(yàn)法原理28
2.3.2試驗(yàn)方法31
2.4其他低重力模擬試驗(yàn)技術(shù)34
2.4.1失重試驗(yàn)法34
2.4.2浮力平衡法36
2.4.3懸浮試驗(yàn)法37
2.4.4配重平衡法39
參考文獻(xiàn)40
第3章地外天體表面特性模擬技術(shù)41
3.1表面介質(zhì)物理力學(xué)性能模擬技術(shù)41
3.1.1地外天體表面介質(zhì)的物理力學(xué)性能41
3.1.2表面介質(zhì)物理力學(xué)性能模擬技術(shù)44
3.2表面形貌模擬技術(shù)49
3.2.1地外天體的典型表面形貌 49
3.2.2地外天體典型表面形貌模擬技術(shù)52
3.3表面反散射特性模擬技術(shù)60
3.3.1地外天體表面反散射特性模擬要求60
3.3.2表面反散射特性模擬技術(shù) 63
參考文獻(xiàn)65
第4章試驗(yàn)指揮控制與測(cè)量技術(shù)67
4.1試驗(yàn)指揮控制技術(shù)67
4.1.1試驗(yàn)指揮控制的需求67
4.1.2試驗(yàn)指揮控制系統(tǒng)的組成69
4.1.3關(guān)鍵技術(shù)74
4.2試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)76
4.2.1攝像測(cè)量技術(shù)76
4.2.2其他測(cè)量技術(shù)85
參考文獻(xiàn)89
第5章試驗(yàn)保障技術(shù)90
5.1試驗(yàn)環(huán)保與安全防護(hù)90
5.1.1環(huán)保與安全性分析90
5.1.2試驗(yàn)環(huán)保與安全措施92
5.2總裝測(cè)試與地面轉(zhuǎn)運(yùn)保障96
5.2.1質(zhì)量特性測(cè)試設(shè)備97
5.2.2轉(zhuǎn)運(yùn)車及轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備97
5.2.3高空作業(yè)設(shè)備101
5.2.4起飛試驗(yàn)平臺(tái)102
5.3試驗(yàn)場(chǎng)氣象保障106
5.3.1試驗(yàn)場(chǎng)氣象保障需求106
5.3.2試驗(yàn)場(chǎng)氣象參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)107
參考文獻(xiàn)110
第6章虛擬試驗(yàn)技術(shù)111
6.1概述111
6.2虛擬試驗(yàn)技術(shù)的組成與架構(gòu)112
6.3虛擬試驗(yàn)技術(shù)在地外天體著陸起飛中的應(yīng)用114
6.3.1月球著陸緩沖裝置虛擬試驗(yàn)114
6.3.2低重力模擬試驗(yàn)平臺(tái)虛擬試驗(yàn)116
6.3.3地外天體著陸與起飛虛擬試驗(yàn)場(chǎng)117
參考文獻(xiàn)119
第7章人在回路著陸起飛試驗(yàn)技術(shù)120
7.1概述120
7.2基于自由飛行模擬器的人在回路著陸起飛試驗(yàn)技術(shù)121
7.3基于懸吊試驗(yàn)法的人在回路著陸起飛試驗(yàn)技術(shù)125
7.4航天員大范圍活動(dòng)低重力模擬試驗(yàn)技術(shù)129
參考文獻(xiàn)133
第8章典型試驗(yàn)實(shí)施方案135
8.1著陸沖擊試驗(yàn)實(shí)施方案135
8.1.1試驗(yàn)原理135
8.1.2試驗(yàn)系統(tǒng)136
8.1.3試驗(yàn)投放方案136
8.1.4著陸沖擊試驗(yàn)床實(shí)施方案138
8.1.5試驗(yàn)測(cè)量方案138
8.2著陸穩(wěn)定性試驗(yàn)實(shí)施方案142
8.2.1試驗(yàn)原理142
8.2.2試驗(yàn)系統(tǒng)143
8.2.3試驗(yàn)投放方案144
8.2.4穩(wěn)定性試驗(yàn)面實(shí)施方案147
8.2.5試驗(yàn)測(cè)量方案150
8.3懸停、避障與緩速下降試驗(yàn)實(shí)施方案151
8.3.1試驗(yàn)原理151
8.3.2試驗(yàn)系統(tǒng)151
8.3.3低重力模擬試驗(yàn)平臺(tái)方案153
8.3.4模擬地表實(shí)施方案163
8.3.5試驗(yàn)實(shí)施方案167
8.3.6試驗(yàn)測(cè)量方案171
8.4起飛試驗(yàn)實(shí)施方案173
8.4.1試驗(yàn)原理173
8.4.2試驗(yàn)系統(tǒng)173
8.4.3試驗(yàn)實(shí)施方案175
8.4.4試驗(yàn)測(cè)量方案176
8.5高空開(kāi)傘試驗(yàn)實(shí)施方案178
8.5.1概述178
8.5.2高空開(kāi)傘試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展179
8.5.3基于火箭平臺(tái)的高空開(kāi)傘試驗(yàn)方案180
8.5.4基于氣球平臺(tái)的高空開(kāi)傘試驗(yàn)方案186
8.6開(kāi)傘沖擊動(dòng)載試驗(yàn)實(shí)施方案189
8.6.1概述189
8.6.2試驗(yàn)原理190
8.6.3試驗(yàn)系統(tǒng)192
8.6.4試驗(yàn)實(shí)施方案193
8.6.5試驗(yàn)測(cè)量方案194
參考文獻(xiàn)195
附錄A地外天體著陸起飛綜合試驗(yàn)場(chǎng)簡(jiǎn)介196
附錄B地外天體著陸起飛試驗(yàn)典型照片202
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