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期刊信息/Journal information
中国科学（物理学 力学 天文学）
中国科学（物理学 力学 天文学）

王鼎盛 张杰

月刊

1674-7275

Physics@scichina.org

010-64015835

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（物理学 力学 天文学）/Journal SCIENTIA SINICA Physica,Mechanica & AstronomicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。
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    嫦娥五号轨道测量与确定技术专题·编者按

    黄勇廖新浩
    1页
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    基于轨道共面交会的月面上升器起飞参数计算方法

    李革非刘勇
    2-10页
    查看更多>>摘要：针对上升器与轨道器以轨道共面实现控制量优化的月球轨道交会问题,提出了精确计算上升器起飞参数的方法.根据上升器月面起飞位置和轨道器环月轨道,利用环月轨道与起飞点共面的球面三角关系,给出了计算起飞方位角和起飞时刻初值的解析模型;基于上升器月面上升特征参数计算了上升器入轨轨道;采用四脉冲远程导引控制策略实现上升器交会轨道机动,建立了远程导引终点轨道平面偏差到入轨点轨道参数偏差的映射关系;推导了基于轨道倾角偏差和升交点赤经偏差修正起飞方位角和起飞时刻的解析算法;设计了精确月面起飞参数的迭代计算流程.仿真验证了上升器起飞参数初值方法和修正方法的正确性和快速收敛性,基于轨道共面交会获得的精确月面起飞参数有效消除了远程导引终点法向偏差,实现了无需轨道平面修正控制量的优化交会轨道控制,节省了推进剂消耗.可应用于从月球和其他地外天体起飞进行交会对接的起飞参数优化确定.

    月面起飞起飞方位角起飞时刻交会对接远程导引

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    基于逆向地月转移的月地入射控制方法

    刘勇曹鹏飞马传令陈莉丹...
    11-21页
    查看更多>>摘要：月地转移是地月转移的相反过程,本文提出以再入点参数修正近月点B平面参数的逆向月地转移轨道计算方法,然后利用月地转移轨道与环月轨道求交线和近月点高度等比修正的方法得到月地入射参数,并根据速度增量最小条件推导了月地入射最优倾角的解析解,通过倾角遍历证明了解析解的正确性.基于月地转移轨道的升交点经度给出了入射窗口初值的解析公式.在脉冲月地入射参数的基础上,给出了有限推力下的月地入射参数计算方法,特别是给出了最优俯仰角的解析公式.最后以一条环月轨道为初始轨道计算了月地入射参数,分析了月地入射参数的规律,得出偏航角为0入射速度增量不一定最小的结论,并证明了文章给出的解析计算方法的最优性.

    逆向地月转移月地入射轨道控制解析解

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    嫦娥五号月地返回近地段天地基联合导航技术

    樊敏董光亮黄勇李海涛...
    22-32页
    查看更多>>摘要：根据嫦娥五号(CE-5)任务确定轨道器-返回器分离点高精度导航初值的需求,针对该段处于国外测控区,无法采用传统地基高精度测量手段的问题,提出了多站分时接力测量方法,高效利用地基测控资源提高了定轨预报精度,实现的分离点导航初值位置精度约为290 m.同时,处理分析了GNSS接收机在距离地面58000-5000 km范围内获取的伪距和定位数据,伪距测量精度优于6m,定位结果收敛后优于10m,实现的分离点导航初值位置精度约为100 m.在此基础上,提出了天地基联合导航方法,实测数据处理结果表明,融合确定的分离点导航初值位置精度优于60 m.由此验证了天地基联合导航技术支持月地返回探测器导航的有效性,充分发挥了地基测控系统可靠性高、测量稳定的特点以及GNSS系统能有效降低地面布站几何要求的优势,为后续月球和深空探测任务高精度导航提供技术支持.

    月球探测全球卫星导航系统深空测控网甚长基线干涉测量定轨预报精度

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    动态双目标VLBI软件相关处理技术研究

    张娟郑为民刘磊童力...
    33-41页
    查看更多>>摘要：本文介绍了应用于中国VLBI网软件相关处理机(CVNScorr)的动态双目标VLBI相关处理技术.嫦娥五号(CE-5)实现了我国首次对地外天体的采样返回,测控目标多、技术难度大.在交会对接过程中,需采用实时同波束VLBI技术完成对轨道器、上升器两个动态目标的高精度测轨,CVNScorr需具备2个相位中心同时处理能力.由于在交会对接、近月制动、动力下降、月面起飞等特殊动力飞行段,预报轨道精度不高,无法获得VLBI高精度时延模型,若采用常规VLBI数据处理方法,无法获取干涉条纹.因此,VLBI相关处理机增加了实时双目标条纹搜索与时延模型重构功能.CVNScorr采用FX型软件相关处理机原理,具备双目标相关处理模块和多信标条纹搜索及时延模型重构功能,可利用测控信号特点,自动搜索多个信标,同时获取两个目标的时延值,重构高精度的时延模型.CVNScorr运行于CPU+GPU混合并行集群平台,利用MPI和GPU等技术实现并行计算,在CE-5任务中实现了中国VLBI网4站双目标实时数据相关处理,并具有6站双目标数据事后处理能力,实时数据率达到128 Mbps/站,VLBI时延精度达到0.4 ns,实时性优于25 s.

    动态双目标VLBI同波束软件相关处理机条纹搜索嫦娥五号

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    嫦娥五号任务中的多通道多比特VLBI信号采集记录与传输一体化技术

    朱人杰吴亚军郑为民李纪云...
    42-52页
    查看更多>>摘要：对接收到的观测信号进行实时采集记录与传输是甚长基线干涉测量(VLBI)的重要技术环节.在嫦娥五号任务中,VLBI终端需要同时采集记录轨道器、上升器、着陆器等多个目标探测器发出的测控信号、数传信号并分时采集记录河外射电源信号.由于探测器信号频点多、动态范围大、频谱形式复杂,现有天文VLBI终端不能满足探月与深空探测的需求.我们针对嫦娥五号探测器信标特点,开展了多通道、多比特信号采集、记录与传输一体化技术研究;提出了可变频率多项滤波器组算法,可在很宽的频段范围内,灵活设置信号频点,并能获得平坦的幅度特性与线性相位特性.采用该技术研制的新型采集记录与传输一体化VLBI终端,具备16个基带通道,能够实时采样、记录嫦娥五号多个探测器用于VLBI测轨的全部测控与数传信标,并能够通过网络将数据实时传送至VLBI中心,确保了在嫦娥五号多种信标复杂电磁环境下的VLBI测轨.相比以往天文终端,其实时性、测量精度和可靠性都有大幅提高,极大地支持了我国嫦娥五号首次月球采样返回关键段测轨任务的圆满完成.为适应未来射电源与探测器的宽窄带观测需求,新型采集记录与传输一体化VLBI终端还具备多比特量化功能.

    VLBI嫦娥五号可变频率多项滤波器组算法时延一体化终端

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    嫦娥五号定轨定位策略设计与精度评估

    段建锋张宇孔静欧阳琦...
    53-61页
    查看更多>>摘要：针对嫦娥五号探测器直接进入地月转移轨道、月面采样、交会对接、高速再入返回,完成主任务后轨道器飞往日地第一拉格朗日平动点等飞行轨道方面的新特点,本文对任务关键节点的定轨预报精度和月面定位精度进行了评估.结果 表明,地月空间转移段中途修正前6h定轨预报至开机点,近月制动前6h定轨预报至近月点的位置误差为百米精度水平,交会对接期间,第4次远导控后预报至交班点,位置误差约为700m,主要由上升器自身轨道及控制误差累积造成,使用12h数据的无线电定位结果可有效满足任务要求.此外,针对嫦娥五号拓展任务,采用重叠弧段分析法,位置误差约500 m.

    嫦娥五号定轨策略精度评估拓展任务

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    嫦娥五号探测器交会对接段定轨精度研究

    李培佳黄勇樊敏杨鹏...
    62-73页
    查看更多>>摘要：嫦娥五号任务中,四器分离后,轨返组合体经过4次调相进入交会对接任务轨道;着上组合体则进行降轨、落月、起飞和4次远程导引后到达交班点,高精度的定轨预报是保证精准进行轨道控制、完成交会对接任务的重要前提.本文对嫦娥五号探测器交会对接段定轨预报精度进行研究,首先对轨返组合体长弧精密定轨精度进行分析,重叠弧段定轨分析表明,对于200 km高度的环月圆轨道,12h弧长定轨三维位置精度为18m,其中径向为0.4 m.其次对上升器短弧定轨预报精度进行分析,由于上升器轨控频繁,短弧定轨除了用于控后轨道快速恢复,还需要对下个轨控点的位置速度进行预报,计算结果表明,测距联合VLBI数据5 min短弧定轨预报4h与长弧定轨结果三维位置差异为3km,速度差异为2.5 m/s;定轨弧长为0.5 h,三向测量数据(2站)定轨预报6h三维位置最大差异为1km,速度差异为1m/s,联合VLBI数据定轨预报精度有量级上的提高,三维位置最大差异优于250 m,速度0.223 m/s;定轨弧长少于2h(1圈),单站测距数据单独定轨结果不收敛,联合VLBI定轨并预报3h三维位置差异150m;当短弧定轨弧长大于3.5 h(近2圈),测距单独定轨预报6h三维位置的最大差异优于30m,VLBI数据的加入对定轨精度提高1倍至十几米.分析结果表明,嫦娥五号200km圆轨道长弧定轨精度可以达到18m,VLBI数据对提高嫦娥五号交会对接环月轨道的短弧定轨精度具有显著贡献.

    嫦娥五号交会对接定轨预报

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    月面起飞基准高精度标定技术应用与嫦娥五号任务验证

    黄磊樊敏李培佳王宏...
    74-82页
    查看更多>>摘要：嫦娥五号探测器于北京时间2020年12月1曰成功着陆于月球表面预定区域,随后依次顺利完成了我国首次月面采样、月面起飞、月球轨道交会对接以及月球采样返回.其中,对着陆上升组合体精确定位是后续能否顺利月面起飞,乃至能否顺利完成月球轨道交会对接的根本所在.本文针对嫦娥五号任务着陆上升组合体月面起飞基准高精度标定的需求,提出了利用"三向测量系统+VLBI干涉测量系统"的高精度月面基准测量方法,给出了月面基准高精度确定算法,利用嫦娥五号任务20 min实测数据快速确定了着陆上升组合体在月固系下的坐标为:43.0595°N,-51.9214°E,高程-2446m,并利用LRO图像数据对定位结果进行了比较评估.结果 表明,仅利用着陆后20 min的外测数据获得的定位结果和LRO图像数据差异为180m,当只解算经度和纬度,高程由月面数字高程模型获取时,其定位结果和LRO图像数据差异为97 m,可有效作为月面起飞基准.利用月面48 h实测数据得到的坐标为:43.0594°N,-51.9167°E,高程-2550m,和LRO图像数据差异为60 m.

    嫦娥五号着陆上升组合体着陆器月面定位月面起飞基准月面数字高程模型

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    弹靶核的形变效应对中能区U+U碰撞的影响

    杨佳烨刘玲李鹏程王永佳...
    83-91页
    查看更多>>摘要：原子核的形变一直以来都是核结构研究中的重要内容之一,近年来,核结构效应对核反应或者重离子碰撞的影响受到越来越多的关注.本文基于极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型,在初始化部分考虑弹靶核的形变效应,模拟入射能量为0.4 GeV/nucleon下的238U+238U碰撞,探究了初始化时弹靶核的形变对于反应末态粒子集体流、π-/π+产额比以及核阻止本领等观测量的影响.研究发现,在形变原子核的尖对尖(长轴对长轴)碰撞中核阻止本领最大.腰对腰(短轴对短轴)的完全中心碰撞(b=0 fm)时,仍然有椭圆流产生.尖对尖碰撞给出的π-/π+产额比大于腰对腰碰撞给出的结果.此外,在本文所研究的体系和能量下,铀核的形变对质子椭圆流的影响大于对称能对它的影响,但中子质子椭圆流之比几乎不受初始铀核形变效应的影响.

    重离子碰撞集体流原子核形变对称能

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