未來(lái)月球及深空探測(cè)中的動(dòng)力學(xué)環(huán)境問(wèn)題

楊艷靜，樊世超，張俊剛，楊 江，張文兵，王辰星

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京100094）

0 引言

近年來(lái)隨著近地空間探索的成熟和發(fā)展，越來(lái)越多的空間機(jī)構(gòu)將未來(lái)的探測(cè)目標(biāo)瞄向月球以及更遠(yuǎn)的深空。從全球范圍來(lái)看，除了目前已經(jīng)開(kāi)展深空探測(cè)的美國(guó)、歐洲、俄羅斯、中國(guó)、日本和印度等國(guó)家和組織外，韓國(guó)、阿聯(lián)酋、巴西等國(guó)也紛紛制定了月球和火星探測(cè)計(jì)劃，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)月球和火星探測(cè)任務(wù)將迎來(lái)高峰。

隨著深空探測(cè)任務(wù)復(fù)雜度的增加，其面臨的環(huán)境也更加復(fù)雜，需要考慮發(fā)射環(huán)境、在軌環(huán)境和著陸環(huán)境等多方面問(wèn)題。在動(dòng)力學(xué)環(huán)境方面，除了需要考慮和近地軌道探測(cè)航天器類似的環(huán)境剖面外，月球及深空探測(cè)中的動(dòng)力學(xué)環(huán)境通常具有以下特點(diǎn)：

1）運(yùn)載工具及產(chǎn)品的尺寸和質(zhì)量更大，帶來(lái)更加惡劣的發(fā)射環(huán)境；

2）月球和行星探測(cè)等任務(wù)通常涉及著陸、巡視探測(cè)和返回等復(fù)雜任務(wù)規(guī)劃伴隨著全新的環(huán)境挑戰(zhàn)；

3）未來(lái)長(zhǎng)期載人任務(wù)給人機(jī)工程匹配、人工重力環(huán)境營(yíng)造等提出了新的要求。

本文介紹了月球及深空探測(cè)主要的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，對(duì)現(xiàn)有月球和深空探測(cè)的主要?jiǎng)恿W(xué)環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行了調(diào)研，在此基礎(chǔ)上提出了未來(lái)月球和深空探測(cè)面臨的動(dòng)力學(xué)環(huán)境模擬的挑戰(zhàn)和建議，為未來(lái)月球及深空探測(cè)航天器環(huán)境條件設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 月球及深空探測(cè)動(dòng)力學(xué)環(huán)境

1.1 發(fā)射環(huán)境

月球和深空探測(cè)航天器在發(fā)射期間，和常規(guī)航天器一樣，需要經(jīng)歷嚴(yán)酷的振動(dòng)、噪聲和沖擊環(huán)境等；并且通常由于產(chǎn)品尺寸和質(zhì)量更大，需要采用大型運(yùn)載火箭發(fā)射，例如探月三期任務(wù)、載人登月等都擬采用新一代運(yùn)載火箭。

表1給出了新一代深空探測(cè)運(yùn)載火箭的發(fā)射環(huán)境條件，表2給出了“嫦娥三號(hào)”任務(wù)運(yùn)載火箭的發(fā)射環(huán)境條件。從表中數(shù)據(jù)可以看出，新一代深空探測(cè)運(yùn)載火箭的發(fā)射環(huán)境條件要更加嚴(yán)酷。

表1 新一代深空探測(cè)火箭發(fā)射環(huán)境條件Table1 Launching environmental condition of deep space launch vehicle

表2 “嫦娥三號(hào)”火箭發(fā)射環(huán)境條件Table 2 Launching environmental condition of CE-3 mission

1.2 著陸環(huán)境

探測(cè)器著陸性能主要受星球表面環(huán)境的影響，也即土壤和表面地形環(huán)境[1]。以月球和火星為例，其表面都覆蓋有土壤，且不同區(qū)域有不同的地形地貌。

根據(jù)早期探測(cè)的結(jié)果，月面區(qū)域主要分為月海和高地區(qū)域。月海是月面上寬廣的平原，約占月面面積的17%。絕大多數(shù)的月海分布在月球正面（即朝向地球的一面），尤以北半球的月海分布更加顯著。高地是月球表面高出月海的地區(qū)，一般高出月球水準(zhǔn)面約2～3 km，面積約占月面面積的83%。

月海和高地均覆蓋不同尺寸和形狀的石塊和撞擊坑。撞擊坑是指布滿月球表面的環(huán)形凹坑構(gòu)造，包括環(huán)形坑、輻射紋和與撞擊坑有關(guān)的隆起構(gòu)造。據(jù)統(tǒng)計(jì)，月球表面的撞擊坑總數(shù)在33 000個(gè)以上，尤其在月球高地更為密集[2]。盡管有撞擊坑，月海區(qū)域還是相對(duì)平坦，最大坡度約為17°，大部分坡度在0°～10°之間；比較而言，高地部分的起伏更大，最大坡度約為34°，一般為0°～23°[3-4]。

火星除表面覆蓋火壤外，表面形貌特征具有多樣性特點(diǎn)，有高山、峽谷、坑、盾形火山、河床、平地等，表面嚴(yán)重風(fēng)化，有各種沙丘?；鹦潜砻嬗写罅康幕鹦强樱谀媳卑肭虻姆植己懿痪鶆颍耗习肭虻?/3區(qū)域坑化嚴(yán)重，絕大多數(shù)大坑集中分布在南半球；而北半球的火星坑較少，其1/3區(qū)域的火星坑相對(duì)較淺，意味著這些火星坑比較年輕?；鹦堑亩嗫有蚊蔡卣?，主要?dú)w因于撞擊、火山和與水冰活動(dòng)相關(guān)的各個(gè)過(guò)程相互作用的結(jié)果?；鹦强硬蝗缭虑蚩幽菢佣盖停@意味著火星上存在嚴(yán)重的風(fēng)蝕[5]。

1.3 巡視探測(cè)環(huán)境

1）重力

月球車或火星車在不同的星表巡視探測(cè)時(shí)，其受到的重力環(huán)境與地球環(huán)境不同，例如月球重力加速度約為地球的1/6，而火星上的重力加速度為地球上的3/8。

2）月壤/火壤

月壤是由隕石和微隕石撞擊、宇宙射線和太陽(yáng)風(fēng)等持續(xù)轟擊以及大幅度晝夜溫差變化引起巖石熱脹冷縮破碎而形成的散體材料。根據(jù)Carrier 等的研究[6]，大部分月壤樣品主要由1 mm 以下的顆粒組成，典型月壤的中值粒徑在40～130μm 之間，平均中值粒徑為70μm。典型月壤的粒徑級(jí)配如圖1所示。

圖1 月壤顆粒級(jí)配曲線Fig.1 Lunar soil particlesize distributions

巡視器移動(dòng)性能除了受地形地貌影響外，還會(huì)受到土壤機(jī)械性質(zhì)的影響。

根據(jù)前期月球探測(cè)成果，表層月壤的力學(xué)性質(zhì)如表3所示[7]。

表3 表層月壤的力學(xué)性質(zhì)Table3 Mechanical propertiesof lunar soil

火星表面也覆蓋有一層由風(fēng)化作用產(chǎn)生的碎裂物形成的風(fēng)化層，也即火壤?！昂１I號(hào)”任務(wù)獲得的火壤主要物理力學(xué)特性見(jiàn)表4[8]。

表4 “海盜號(hào)”任務(wù)獲得的火壤的力學(xué)性質(zhì)Table 4 Mechanical properties of Martian regolith by Viking and pathfinder mission

3）月塵/火星塵

月塵是月球土壤中的細(xì)小成分，一般將粒徑小于1 mm 的月壤顆粒稱為月塵。月塵是月球形成過(guò)程中隕石體反復(fù)撞擊而產(chǎn)生的未黏結(jié)的顆粒物質(zhì)，主要由晶質(zhì)顆粒與較大的火成巖碎塊、剝離質(zhì)碎片及微粒金屬顆粒組成。月塵散布于月球表面的各個(gè)角落，在微流星、靜電懸浮、人類活動(dòng)等因素下四散飛揚(yáng)，可對(duì)航天員和航天器產(chǎn)生巨大危害。根據(jù)“阿波羅”計(jì)劃總結(jié)報(bào)告，月球塵埃曾給探月任務(wù)的實(shí)施造成諸多麻煩[9]。

火星大氣中含有明顯的塵埃，由于火星表面氣壓較低，因此浮塵很容易在太陽(yáng)的照射下加速運(yùn)動(dòng)并形成塵暴。塵暴中的顆粒具有很強(qiáng)的侵入性，這種侵入性取決于顆粒的大小、硬度和形狀。塵暴中的顆粒碰撞摩擦?xí)a(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象，這種放電會(huì)對(duì)火星探測(cè)器元器件造成損傷并降低其使用性能。此外，當(dāng)這些塵埃沉降在航天器太陽(yáng)電池和光學(xué)敏感器等表面時(shí)，將直接影響到能源系統(tǒng)的效率和壽命，以及光學(xué)敏感器的光學(xué)特性和圖像質(zhì)量。例如，據(jù)“火星探路者”（Mars Pathfinder）探測(cè)器實(shí)時(shí)實(shí)地觀測(cè)結(jié)果的報(bào)道，火星塵作用下，該航天器的太陽(yáng)電池能源系統(tǒng)的輸出功率出現(xiàn)了下降[10]。

1.4 起飛環(huán)境

探測(cè)器在地外天體起飛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)氣浪會(huì)吹起天體表面的塵土顆粒，造成大范圍的影響，如造成探測(cè)器表面損傷等。此外發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的高溫高速羽流會(huì)對(duì)探測(cè)器產(chǎn)生力熱效應(yīng)，擾動(dòng)起飛姿態(tài)，影響起飛的精度。尤其是在月面環(huán)境下，真空羽流的迅速膨脹特性還可能在噴管內(nèi)部產(chǎn)生激波，影響噴管的工作性能，從而影響探測(cè)器的穩(wěn)定起飛[11]。

1.5 再入返回環(huán)境

與低軌道返回航天器相比，月球和深空探測(cè)飛行器再入地球大氣層時(shí)具有更大的飛行速度。飛行器以高超聲速進(jìn)入地球大氣層，將承受較大的過(guò)載壓力和熱流壓力，這會(huì)給飛行器結(jié)構(gòu)和熱防護(hù)帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn)[12]。

1.6 大型柔性體在軌動(dòng)力學(xué)

由于任務(wù)復(fù)雜，月球和深空探測(cè)航天器通常由多艙段構(gòu)成，結(jié)構(gòu)非線性特征明顯，系統(tǒng)建模難度大，低頻模態(tài)密集，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)控制力矩極易引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)，因此需要開(kāi)展大型柔性體在軌動(dòng)力學(xué)特性仿真分析與地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)研究。

2 現(xiàn)有月球和深空探測(cè)的主要?jiǎng)恿W(xué)環(huán)境試驗(yàn)

2.1 振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)

根據(jù)月球和深空探測(cè)器力學(xué)環(huán)境分析和調(diào)研，探測(cè)器需要進(jìn)行的振動(dòng)試驗(yàn)一般包括：

1）初樣階段：整器鑒定級(jí)正弦振動(dòng)試驗(yàn)；單機(jī)鑒定級(jí)隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)試驗(yàn)。

2）正樣階段：整器驗(yàn)收級(jí)正弦振動(dòng)試驗(yàn)；單機(jī)驗(yàn)收級(jí)隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)試驗(yàn)。

也有一些探測(cè)器會(huì)進(jìn)行整器級(jí)的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，以“勘測(cè)者”（Surveyor）探測(cè)器為例[13]，其整器振動(dòng)試驗(yàn)包含低頻的正弦振動(dòng)試驗(yàn)（5～100 Hz）和高頻的正弦隨機(jī)結(jié)合振動(dòng)試驗(yàn)（100～1500 Hz），驗(yàn)收級(jí)振動(dòng)試驗(yàn)條件如圖2所示。

圖2 “勘測(cè)者”探測(cè)器驗(yàn)收級(jí)正弦振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)條件Fig.2 Sinusoidal and random vibration acceptance test levels of Surveyor

2.2 噪聲環(huán)境試驗(yàn)

除了振動(dòng)試驗(yàn)外，在初樣和正樣階段，探測(cè)器一般還需要進(jìn)行噪聲試驗(yàn)。噪聲試驗(yàn)主要是模擬運(yùn)載火箭起飛和動(dòng)力段產(chǎn)生的力學(xué)環(huán)境，試驗(yàn)在混響室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)條件主要由運(yùn)載提供。以“嫦娥三號(hào)”結(jié)構(gòu)器為例，其噪聲試驗(yàn)條件如表5所示。

表 5“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)器噪聲試驗(yàn)條件Table 5 Acoustic test levels of the structural model of Chang’e-3 lunar lander

2.3 分離沖擊試驗(yàn)

分離沖擊通常采用真實(shí)火工品起爆，測(cè)量和分析分離面及探測(cè)器關(guān)鍵部位的沖擊響應(yīng)數(shù)據(jù)，研究分離沖擊引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。試驗(yàn)?zāi)康闹饕ǎ?/p>

1）考核各設(shè)備在器箭分離、艙段分離引起的航天器結(jié)構(gòu)響應(yīng)環(huán)境下的適應(yīng)能力，確定探測(cè)器分離沖擊力學(xué)環(huán)境；

2）驗(yàn)證分離機(jī)構(gòu)經(jīng)受力學(xué)環(huán)境并能正常工作的能力；

3）驗(yàn)證分離過(guò)程設(shè)計(jì)的正確性及機(jī)電分離的協(xié)調(diào)性。

月球和深空探測(cè)飛行器因任務(wù)復(fù)雜度的增加，和其他航天器相比，除了星箭分離、艙段分離、太陽(yáng)電池陣展開(kāi)引起的分離沖擊外，通常還涉及其他探測(cè)機(jī)構(gòu)的解鎖展開(kāi)，火工品數(shù)量通常更多一些。以Chang’e-3為例，分離沖擊試驗(yàn)涉及到的機(jī)構(gòu)有著陸器的太陽(yáng)電池陣、定向天線、緩沖機(jī)構(gòu)等，以及巡視器的連接機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)、相機(jī)、太陽(yáng)電池陣、機(jī)械臂、雷達(dá)等，火工品數(shù)量達(dá)數(shù)十個(gè)?；鸸て窋?shù)量的增多給抗沖擊設(shè)計(jì)和分離沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證都提出了更高的需求。

2.4 著陸沖擊試驗(yàn)

著陸沖擊是月球和深空探測(cè)飛行器所面臨的特有的飛行環(huán)境。著陸沖擊環(huán)境不同于火工沖擊環(huán)境——由于著陸緩沖裝置的緩沖作用，高頻響應(yīng)衰減，中低頻段會(huì)存在較大的響應(yīng)。典型的著陸沖擊響應(yīng)和爆炸沖擊響應(yīng)譜對(duì)比如圖3所示[14]。

圖3 典型的著陸沖擊響應(yīng)和爆炸沖擊響應(yīng)對(duì)比Fig.3 Comparison between typical landing impact responses and blast shock responses

由于這種不同，著陸沖擊試驗(yàn)一般不在沖擊模擬設(shè)備上進(jìn)行，而是在模擬的著陸面上進(jìn)行。著陸沖擊試驗(yàn)在不同的階段可以采用不同的方式，比如：設(shè)計(jì)初期可以進(jìn)行縮比模型試驗(yàn)，在研制階段應(yīng)在模擬重力環(huán)境中進(jìn)行1:1 樣機(jī)試驗(yàn)[15]。圖4為一個(gè)低成本的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（MSL）的著陸沖擊設(shè)備示意圖，試驗(yàn)時(shí)考慮了重力卸載，通過(guò)車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)著陸時(shí)的力和加速度進(jìn)行了測(cè)量[16]。

圖4 “火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”著陸沖擊試驗(yàn)裝置Fig.4 Schematic diagram of the MSL landing test facility

2.5 行走試驗(yàn)

月球和火星表面都覆蓋有土壤，行星車在星球表面行走時(shí)可能會(huì)因沉陷和側(cè)傾引起失效[17-19]。利用地面試驗(yàn)或仿真手段，控制模擬月/火壤的力學(xué)性質(zhì)和行星車姿態(tài)，可以在地面對(duì)車輛的移動(dòng)性能進(jìn)行充分驗(yàn)證，盡最大可能避免任務(wù)出現(xiàn)問(wèn)題；一旦出現(xiàn)故障時(shí)可以迅速實(shí)現(xiàn)故障重現(xiàn)，通過(guò)對(duì)此時(shí)月球車移動(dòng)性能的分析，幫助月球車走出困境。已成功發(fā)射月球車和火星車的蘇聯(lián)、美國(guó)和日本等國(guó)都通過(guò)地面試驗(yàn)對(duì)行星車的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究。

圖5為“嫦娥三號(hào)”巡視器的室內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)。該試驗(yàn)場(chǎng)也是國(guó)內(nèi)最大的巡視器室內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)，可為星球車提供星表地貌環(huán)境模擬，進(jìn)行低重力環(huán)境下的巡視器移動(dòng)性能試驗(yàn)、導(dǎo)航與控制性能試驗(yàn)、巡視器任務(wù)支持試驗(yàn)、自主駛離試驗(yàn)等。

圖5 Chang’e-3月面巡視器行走試驗(yàn)Fig.5 Chang’e-3 lunar rover locomotion test

2.6 月塵環(huán)境試驗(yàn)

月塵環(huán)境試驗(yàn)一般在真空容器中進(jìn)行，模擬月塵用與真實(shí)月塵性質(zhì)相近的火山灰粉碎經(jīng)配比獲得，通過(guò)試驗(yàn)可以對(duì)月塵的沉積污染效應(yīng)、磨損效應(yīng)、阻塞效應(yīng)、靜電效應(yīng)以及滲入效應(yīng)等進(jìn)行研究?！版隙鹑?hào)”巡視器研制過(guò)程中，為了模擬和評(píng)估月塵對(duì)巡視器車輪的影響，在月塵環(huán)境模擬器中采用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了車輪輪軸的磨損試驗(yàn)研究[20]，圖6即為試驗(yàn)所用的月塵環(huán)境模擬器和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)。

圖6 車輪輪軸磨損試驗(yàn)設(shè)備Fig.6 Lunar dust environment simulator

3 未來(lái)月球和深空探測(cè)面臨的動(dòng)力學(xué)環(huán)境模擬的挑戰(zhàn)和建議

3.1 發(fā)射環(huán)境

月球和深空探測(cè)中，隨著任務(wù)復(fù)雜度的增加，航天器也越來(lái)越大型化，例如載人空間站和載人登月航天器的重量均達(dá)幾十噸級(jí)。航天器規(guī)模的增加，給發(fā)射環(huán)境的模擬帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)，采用常規(guī)試驗(yàn)方法，整器振動(dòng)試驗(yàn)中的底部欠試驗(yàn)、頂部過(guò)試驗(yàn)問(wèn)題將越來(lái)越嚴(yán)重。

為了更真實(shí)地模擬實(shí)際飛行力學(xué)環(huán)境，針對(duì)未來(lái)航天器面臨的復(fù)雜、高精度以及復(fù)合力學(xué)環(huán)境，需要開(kāi)展高相似性地面模擬試驗(yàn)新技術(shù)研究，提升現(xiàn)有的設(shè)備性能，建立先進(jìn)的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境地面模擬試驗(yàn)手段，應(yīng)對(duì)未來(lái)航天器研制地面試驗(yàn)驗(yàn)證的發(fā)展需求與挑戰(zhàn)。

3.2 移動(dòng)星表探測(cè)器活動(dòng)作業(yè)試驗(yàn)

根據(jù)我國(guó)深空探測(cè)任務(wù)規(guī)劃，將持續(xù)深入開(kāi)展月面勘查，建立月球科研站，擇機(jī)實(shí)施載人登月任務(wù)。月球科研站將充分利用機(jī)器人技術(shù)，通過(guò)各類機(jī)器人交互作業(yè)完成月面無(wú)人探測(cè)任務(wù)。為適應(yīng)月面地形環(huán)境，機(jī)器人的移動(dòng)方式也會(huì)考慮多種可能性，和現(xiàn)有巡視器相比，任務(wù)復(fù)雜度將大大增加，需要開(kāi)展各類移動(dòng)星表探測(cè)器的活動(dòng)作業(yè)試驗(yàn)。未來(lái)的載人登月任務(wù)將發(fā)射載人月球車，其巡視最大速度將超過(guò)現(xiàn)有無(wú)人月球車速度，工況也更加復(fù)雜多變，新的探測(cè)任務(wù)下，對(duì)地面驗(yàn)證試驗(yàn)也提出了新的要求，需要開(kāi)展載人月球車行走試驗(yàn)技術(shù)研究，滿足載人月球車快速機(jī)動(dòng)下的地面試驗(yàn)需求。

此外載人月面軟著陸和行走過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庥鹆鲊娚涞皆虑虮砻嫔?，與月壤、月塵相互作用對(duì)飛行器形成多種影響：1）對(duì)飛行器產(chǎn)生干擾力及力矩，影響著陸緩速下降和上升過(guò)程控制穩(wěn)定性；2）對(duì)飛行器表面多徑加熱，導(dǎo)致大幅升溫；3）激起的月塵可能會(huì)使導(dǎo)航敏感器的探測(cè)信號(hào)衰減，甚至導(dǎo)致其無(wú)法正常工作；4）飄揚(yáng)的月塵沉積在設(shè)備功能表面，降低材料的透光率或熱發(fā)射率?？紤]到這些影響，需要開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髋c月壤相互作用的分析工作：需要解決月球環(huán)境發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬髋c月壤兩相物質(zhì)的相互作用準(zhǔn)確建模、分析的問(wèn)題，對(duì)燃?xì)饬鞯哪M包括連續(xù)介質(zhì)方法或分子動(dòng)力學(xué)方法，對(duì)月壤流動(dòng)過(guò)程的模擬包括假設(shè)流體方法或離散顆粒模擬方法等。

3.3 月塵/火星塵防護(hù)問(wèn)題

月塵/火星塵無(wú)處不在，其黏附性和滲透性都很強(qiáng)，且難以清除。黏附在探測(cè)器設(shè)備表面的月塵/火星塵會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題隱患，影響探測(cè)器性能或危害航天員健康，例如：使光學(xué)鏡頭及熱控表面性能下降；太陽(yáng)電池陣功率損失；機(jī)械結(jié)構(gòu)卡死；密封機(jī)構(gòu)失效；航天服及活動(dòng)部件磨損；航天員及攝像裝置被污染和遮擋等[21]。

做好月塵/火星塵防護(hù)是保證探測(cè)任務(wù)成功的關(guān)鍵。因此，應(yīng)當(dāng)開(kāi)展月塵/火星塵防護(hù)技術(shù)研究，研究月塵/火星塵分布規(guī)律，分析關(guān)鍵設(shè)備在月塵/火星塵作用下的退化模型，探索高效的月塵/火星塵清除方法。

3.4 人工重力

未來(lái)的載人月球及深空探測(cè)空間飛行中，飛行任務(wù)的時(shí)間是以年為單位，失重會(huì)對(duì)航天員產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。通過(guò)人工重力的實(shí)施，不是單獨(dú)對(duì)某個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)，而是對(duì)所有生理系統(tǒng)進(jìn)行刺激，可以為未來(lái)的載人航天和空間定居提供有力的支撐，應(yīng)當(dāng)開(kāi)展的研究包括：長(zhǎng)期載人飛行人工重力環(huán)境實(shí)現(xiàn)方法研究，空間人工重力實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題和參數(shù)研究，空間人工重力樣機(jī)研制與試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)等。

3.5 小行星附著探測(cè)

小行星形態(tài)各異，形狀不規(guī)則，尺寸跨度大并且引力場(chǎng)很弱，自旋狀態(tài)也與大行星相差較大，這些獨(dú)特的物理特性使得小行星附近動(dòng)力學(xué)環(huán)境異常復(fù)雜[22]，其表面著陸、取樣與大行星有著較大差異。小行星真實(shí)質(zhì)量、引力場(chǎng)、自旋狀態(tài)及地表參數(shù)在著陸之前是未知的，需要開(kāi)展未知弱引力天體表面附著與固定技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)弱引力條件下的防沖擊、防反彈和防翻倒附著與固定。同樣，地表參數(shù)不確定情況下弱引力表面的取樣過(guò)程也更加復(fù)雜，需要開(kāi)展弱引力天體表面取樣技術(shù)研究，搭建弱引力環(huán)境，開(kāi)展取樣驗(yàn)證等。

4 結(jié)束語(yǔ)

月球和深空探測(cè)面臨的動(dòng)力學(xué)環(huán)境與常規(guī)近地軌道航天器的有較大區(qū)別。為提高探測(cè)器性能和可靠性，需要對(duì)這些動(dòng)力學(xué)問(wèn)題開(kāi)展全面的分析和研究。本文對(duì)月球及深空探測(cè)動(dòng)力學(xué)環(huán)境、現(xiàn)有月球和深空探測(cè)動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)及未來(lái)月球和深空探測(cè)面臨的動(dòng)力學(xué)環(huán)境模擬的挑戰(zhàn)進(jìn)行了闡述，提出了未來(lái)深空探測(cè)動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)的發(fā)展建議。