走得更远——载人登月任务中的控制技术展望

引    言

       月球是距离地球最近的天体，虽然人类早已实现登陆月球，但仅有几次屈指可数的短暂停留，使得人类对月球的了解仍然非常有限。从各航天大国月球探测发展规划来看，在完成无人月球探测之后，都将开展载人月球探测和载人月球基地建设任务，可见载人登月必将再次上演。为了登陆月球和返回地球，航天器的轨道、姿态以及运行都需要控制技术，同时从保护和服务航天员的角度出发，载人登月控制技术的需求更复杂、指标更高、难度更大，因此控制技术是未来载人登月的关键技术领域之一。

无人和有人月球探测的历程与现状

     1969年7月美国“阿波罗”11号飞船实现了人类的首次登月，随后又有5艘飞船成功登月。开展无人和载人月球探测，认识月球和开发月球资源，必然需要经历到达月球的着陆过程，而如何将着陆器和航天员安全送达月面指定着陆点，可靠的实现软着陆，制导控制技术尤为重要。再次开启的月球探测热潮中，月球基地建设、航天员月面活动，都需要月面移动和作业，月面复杂环境中的控制技术，将面临更多挑战。无人月面取样返回和航天员返回，都要进行月面起飞上升及准确进入地月返回轨道，此过程的控制技术是保证任务成败的关键。

月球探测规划与载人登月构想

未来月球探测可分为四步，分别为无人月球站、机器人登月、载人登月以及月球长期基地工程。无论是近期的无人月球探测、中期的载人登月任务还是长期的月球基地建设，都离不开以月球软着陆、月面活动、月面起飞上升过程中的关键——控制技术。

图1  典型载人登月任务过程(示意)

载人登月中的控制技术及展望

                          图2  载人登月控制技术体系要素

载人登月的月面活动，一般指以航天员为中心开展月面科学探测的过程，主要包括月面移动、观测记录、信息交互、操作设备、应急处置等。

图3  航天员月面活动任务组成

·月面起飞上升控制技术

载人登月月面起飞上升是指航天员执行月球科学探测任务后，安全准确地将登月舱从月球表面起飞、调姿后进入环月轨道，并满足环月轨道交会对接初始条件的过程。载人月面起飞上升过程可以为3个飞行阶段：垂直起飞段、姿态调整段及射入段。

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共性基础技术方向

·月面设施自主运行技术

·人机交互协同智能控制技术

·自主诊断重构技术

·基于序列图像的自主控制技术