摘要：嫦娥六号任务实现了国际首次月背无人采样返回。飞行方案规划是探测器总体设计中重要的工作之一。传统的飞行方案规划方法通常将飞行方案规划转化为约束优化问题,存在着约束条件不能直接满足的缺点,并带来设计变量多、计算效率低、物理意义不明确等问题。提出了一种新的基于任务几何的飞行方案规划方法。该方法通过空间任务几何分析,充分利用地月和月地转移轨道对近月点位置的约束、日-地-月天体运动约束以及采样点与环月轨道面的几何约束,降低了设计变量维度,进而直接导出了飞行任务规划结果。该方法由于任务几何条件直接满足设计约束,因此大幅度提升了计算效率,同时还具有几何意义直观明确、设计结果易于验证等优点。该方法已经成功应用于嫦娥五号和嫦娥六号任务的飞行方案规划和轨道设计中,对后续月球探测型号也有推广和应用价值。

摘要：嫦娥六号探测器任务的成功标志着月球科学研究进入新篇章,这是世界上首次实现月球背面采样及起飞.控制软件的可靠性对整个飞行器系统的可靠运行起着极其重要的作用.本文分析嫦娥六号控制软件的实际特点,阐述了该软件的可靠性设计要点;描述嫦娥六号探测器控制软件的可靠性设计方法,从程序设计的角度,将避错、查错和容错技术应用到软件可靠性设计中,从数据设计两个角度,提出一种基于时间、数据和事件相结合的软件同步与恢复方法.使用软件可靠性设计,有利于提高航天控制软件的可靠性,确保航天任务的成功.

摘要：嫦娥六号着陆上升制导导航与控制(guidance,navigation and control,GNC)系统圆满完成了月背着陆及自主月面起飞的飞行任务.本文系统总结了嫦娥六号着上GNC高可信飞控仿真与支持系统(以下简称飞控系统)设计.相比嫦娥五号飞控状态,嫦娥六号飞控任务主要有两方面特点:一是单机产品经历长时间贮存,飞行过程面临失效风险.在飞控过程中,设计了多敏感器比对的方法,重点监视单机产品的工作状态,确保单机产品满足飞控任务的使用要求.另一方面,嫦娥六号月背起飞首次采用全自主月面起飞的飞行流程,流程执行的效果直接决定了月背采样返回任务的成败.在飞控过程中,设计了基于星敏感器输出姿态比较的方法,重点关注月面自主起飞过程中,自主起飞工作流程的正确性及适应性.通过在轨数据验证了该飞控系统设计的有效性.嫦娥六号飞控系统设计可以为后续嫦娥系列任务的飞控实施提供参考.

摘要：环月轨道交会对接是嫦娥六号任务最为重要的关键环节之一.为了在月球环境下实现高精度和高可靠的交会对接,嫦娥六号轨道器采用了基于“滤波器独立,估计值融合”思路设计的自主导航算法、基于时间+角度条件规划的霍曼交会寻的制导算法、采用动态规划控制死区方式实现控制参数的自适应调整,使用全新的脉宽等效式伪速率调制器进行喷气调制,设计了六自由度相对位姿控制器,解决了在地面支持弱、环境不确定性强的环月轨道无人自主交会对接的核心技术.基于这些技术,嫦娥六号成功实现了人类首次月球背面采样返回.

摘要：针对月球背面起飞任务的诸多约束,制导、导航与控制(GNC)系统突破了中继约束下的月球背面自主起飞技术,提出一套着陆起飞全自主流程,能够实现无中继的最小化条件下自主、按时起飞入轨.阐述了月球背面工作流程,介绍了GNC系统月球背面自主起飞技术,通过月面自主定位、起飞对准、起飞参数计算和星敏感器自主调度等环节实现自主起飞准备功能,基于参数分时赋值和变长度指令处理机制设计一套月球背面着陆起飞全自主流程.月面自主起飞技术与着陆起飞全自主流程紧密结合,成功应用于嫦娥六号任务中,保证了首次月球背面起飞任务自主高效可靠,有效提升了GNC自主控制与管理能力.

摘要：嫦娥六号任务是实现人类首次月球背面采样返回的任务。针对月球背面整体地形崎岖、可选平坦采样区少的特点,通过开展采样区选址分析,选取了南极艾特肯盆地阿波罗坑内的主、备两块着陆区,确保月背安全可靠着陆、起飞和月面工作;针对嫦娥六号在产品技术状态基本确定情况下实现新的任务目标,需要开展系统方案优化设计,减少系统的改动量,规避过多技术状态更改带来的工程实现风险,通过开展方案比较确定了逆行环月轨道飞行方案,在保证实现任务目标的前提下实现了系统更少的更改;针对嫦娥六号中继测控时长相对嫦娥五号减少且不连续的特点,提出了分阶段、多自主、中继联合协同的月面工作时序设计方案,确保着陆、起飞和月面工作可靠、高效实施;针对载荷搭载需求,提出了以数据处理单元作为核心的系统设计方案,确保系统信息接口、电气接口的安全性,并对不同载荷设计了定制式探测模式,在保证不影响主任务完成的前提下,实现探测收益的最大化。以上方法已经在嫦娥六号任务中得到了工程应用,确保了人类首次月球背面无人自动采样返回任务的圆满成功,并可为后续月球及深空探测任务提供有益的参考。

摘要：轻量化微小型机器人资源占用少,自身机动灵活,便于搭载携带,并能够支持多机协同联合作业,扩大探测范围,提高探测能力,是未来深空探测任务中的重要探测工具.本文针对月面严苛复杂环境下全自主感知、移动和成像需求,突破了资源受限和小样本约束下的轻量化设计、智能感知与决策等关键技术,研制了国际首台5 kg级地外探测自主智能微小机器人,并成功应用于我国嫦娥六号任务.通过月面智能感知与决策,实现了自主移动与取景成像,获得了为嫦娥六号着陆器和上升器组合体在月面的高质量合影照片,并实现新一代人工智能技术在国内外深空探测领域的突破.