華中科技大學(xué)丁烈云院士、周誠(chéng)教授團(tuán)隊(duì)在《中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》英文版發(fā)表文章，研究滾筒式月壤采集器智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法。

近年來(lái)，隨著人類(lèi)深空探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，世界航天強(qiáng)國(guó)紛紛提出月球基地建造設(shè)想，以推動(dòng)從月球到火星以及更遠(yuǎn)星體的生命探尋和深空探測(cè)。原位資源利用技術(shù)（In-Situ Resource Utilization, ISRU）成為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵。無(wú)論是原位利用月球表面的月壤進(jìn)行月球基地建造，還是原位開(kāi)發(fā)月壤中蘊(yùn)含的水冰、氫、氧和金屬礦產(chǎn)資源，都離不開(kāi)月壤采集裝備的高效可靠運(yùn)行，從而為月球長(zhǎng)期駐留和科考活動(dòng)提供重要物質(zhì)支撐和保障。因此，圍繞滾筒式月壤采集器這一核心機(jī)構(gòu)，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)并進(jìn)一步提高月面復(fù)雜工況下的采集效率，以滿(mǎn)足月球基地建造與資源利用的需求，受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注與討論，已成為地外建造和工程機(jī)械交叉領(lǐng)域的研究前沿。

月壤采集器機(jī)構(gòu)的數(shù)值仿真模擬可以進(jìn)行工作效率分析和優(yōu)化，但計(jì)算成本高、耗時(shí)長(zhǎng)且多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果難以收斂。針對(duì)這一矛盾，該研究提出了一種針對(duì)月基復(fù)雜工況的滾筒式月壤采集器智能設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)了三種智能代理（RBF、GPR、SVR）模型并進(jìn)行組合，用于預(yù)測(cè)月壤采集器參數(shù)化設(shè)計(jì)和DEM仿真計(jì)算模型的結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)參數(shù)和工況下采集器與月壤顆粒相互作用過(guò)程的快速分析。通過(guò)自適應(yīng)調(diào)整三種智能代理模型的選擇，結(jié)合誤差信息對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)在解空間中的不同表現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，從而提升智能代理模型的預(yù)測(cè)精度和優(yōu)化效率。在此基礎(chǔ)上，基于IGD和HV指標(biāo)，對(duì)月壤采集器的設(shè)計(jì)參數(shù)組合進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化并對(duì)比分析了MOPSO、NSGA-II、SPEA-II和PESA-II四種算法的優(yōu)化性能。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，滾筒式月壤采集器的填充效率、采集速率、排空速率等指標(biāo)分別提升10.353%、13.275%、12.070%，實(shí)現(xiàn)了月基復(fù)雜工況下滾筒式月壤采集器設(shè)計(jì)參數(shù)組合的多目標(biāo)優(yōu)化高效求解。

了解詳情，請(qǐng)閱讀全文
Li Haoran, Gao Yuyue, Ding Lieyun, Zhou Cheng, Wen Shifeng, Zhou Yan, Multi-objective optimization of bucket drum for lunar regolith collectors with multi-surrogate model based on adaptive invocation mechanism, SCIENCE CHINA Technological Sciences, 2025, ISSN 1674-7321, doi：10.1007/s11431-024-2879-8.

來(lái)源: 《中國(guó)科學(xué)》雜志社