xiv
Contents
2.4.1
Lunar Landform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4.2
Lunar Topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5
Lunar Soil and Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5.1
Physical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5.2
Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.5.3
Electromagnetic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.6
Other Lunar Environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.1
Lunar Gravity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.2
Near Vacuum Environment of the Moon . . . . . . . . . . . 44
2.6.3
Illumination Environment on the Lunar Surface . . . . . 46
2.7
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3 System Design of Lunar Lander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2
Principles of System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3
Mission Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.1
Analysis of Mission Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.2
Analysis of Landing Site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.3
Analysis of Flight Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3.4
Analysis of Environment Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3.5
Analysis of Payload Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4
Trajectory Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4.1
Overview of Flight Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.4.2
Constraints of Trajectory Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4.3
Determination of Landing Window . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4.4
Analysis of Circumlunar Orbit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.5
Determination of LTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.6
Analysis of Launch Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5
System Components and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5.1
System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5.2
Major System Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.5.3
Propellant Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.6
System Configuration Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.6.1
Design Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.6.2
System Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.7
Planning of TT&C Link . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.8
Design of Powered Descent and Soft Landing . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.8.1
Initial Status and Setup of Powered Descent . . . . . . . . 89
3.8.2
Process of Powered Descent and Soft Landing . . . . . . 90
3.8.3
Landing Cushion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.8.4
Downloading of Descent Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.9
Analysis and Simulation of Landing Stability . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.10 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Contents
2.4.1
Lunar Landform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4.2
Lunar Topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5
Lunar Soil and Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5.1
Physical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5.2
Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.5.3
Electromagnetic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.6
Other Lunar Environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.1
Lunar Gravity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.2
Near Vacuum Environment of the Moon . . . . . . . . . . . 44
2.6.3
Illumination Environment on the Lunar Surface . . . . . 46
2.7
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3 System Design of Lunar Lander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2
Principles of System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.3
Mission Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.1
Analysis of Mission Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.2
Analysis of Landing Site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3.3
Analysis of Flight Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3.4
Analysis of Environment Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3.5
Analysis of Payload Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4
Trajectory Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4.1
Overview of Flight Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.4.2
Constraints of Trajectory Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4.3
Determination of Landing Window . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4.4
Analysis of Circumlunar Orbit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.5
Determination of LTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.6
Analysis of Launch Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5
System Components and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5.1
System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.5.2
Major System Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.5.3
Propellant Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.6
System Configuration Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.6.1
Design Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.6.2
System Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.7
Planning of TT&C Link . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.8
Design of Powered Descent and Soft Landing . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.8.1
Initial Status and Setup of Powered Descent . . . . . . . . 89
3.8.2
Process of Powered Descent and Soft Landing . . . . . . 90
3.8.3
Landing Cushion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.8.4
Downloading of Descent Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.9
Analysis and Simulation of Landing Stability . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.10 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95