月球背面软着陆需要面对复杂的地形环境，对避障能力的要求相比月球正面着陆任务更高.受到推进剂和其他因素的限制，嫦娥六号着陆器并没有采用类似嫦娥四号提高避障高度的方法来扩大避障能力，而是将部分的“定点”着陆技术与避障技术相结合，在主减速段通过单向航程控制避开已知大尺寸障碍，在接近段以下飞行过程采用粗精结合的接力避障策略识别和规避预先未知的小尺寸障碍，最终实现了安全软着陆.嫦娥六号采用的这种避障方案相比以往嫦娥系列着陆器技术水平升级，也为后续实现完全意义上的定点着陆提前进行了技术验证.

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.

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.

 针对鹊桥二号中继星动量轮喷气卸载对使命轨道的扰动及卫星长寿命的影响，提出一种自主角动量管理策略.建立基于卫星姿态机动的角动量预测模型，给出角动量变化趋势，避免卫星机动过程动量轮出现饱和问题.基于角动量积累规律和中继通信任务需求提出了事件触发的角动量管理策略，通过卫星姿态规划减少角动量积累，有效增大喷气卸载周期.利用对称喷气方式实现卸载，有效减少喷气对轨道的干扰，提高轨道维持的稳定性.试验和在轨结果验证了策略的自主性和有效性.

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.

应用嫦娥六号的降落图像实现着陆器的导航定位.综合利用3种关键数据源(嫦娥六号着陆器的先验位姿数据、嫦娥六号降落相机拍摄的降落图像以及着陆区遥感影像和地形信息)作为降落图像导航所需的输入.应用先进的计算机视觉技术，将降落图像与地形信息进行配准和融合，实现正射影像特征点匹配和陨坑识别的视觉导航方法，实现了嫦娥六号落点的高精度定位.这一导航技术不仅适用于嫦娥六号任务，还可推广到其他月球和行星探测任务中，为未来深空探测提供了有力的技术支持.

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.

在空间应用领域，微小型化、低成本设计是一个重要的理念和发展趋势.本文面向深空探测，提出一种基于商用货架(commercial off the shelf，COTS)软硬件的微小型化人工智能计算系统架构和设计方法，实现了月面自主智能微小机器人的智能计算基础硬件和软件，通过了地面各项环境试验验证，并成功完成了月面在轨飞行验证.该方法为COTS器件的进一步空间应用提供了参考.

γ关机敏感器是月球探测器导航、制导与控制系统应用的重要敏感器产品，其向月面准直辐射γ光子，并接收月面反散射的γ光子，通过对γ光子计数来进行测距，用于在月球探测器月面着陆过程中实时测量探测器距月表的高度，经GNC系统运输处理，以执行后续关闭制动发动机等系列动作，使月球探测器能够平稳可靠着陆月球.针对月球与地球环境开展的γ关机敏感器标定和应用场景的差异，基于γ光子测高物理模型，开展了γ关机敏感器在大气环境和真空环境下静态特性仿真计算，分析了真空环境对γ关机敏感器测高精度的影响，并构建月球着陆环境模拟系统进行验证，得出真空环境与大气环境相比对计数率的影响小于10%，在期望关机高度附近会产生约40cm左右的高度误差.分析结果可用于敏感器产品的地月高度标定和转换，开展高度修正，用于指导产品的工程研制.

针对嫦娥六号光纤陀螺惯性测量装置，开展长期贮存寿命分析与实践工作，识别影响光纤陀螺惯性测量装置贮存寿命的因素，并提出一套基于自然贮存试验的多源信息融合寿命分析方法.通过嫦娥六号飞行试验结果表明，采取的贮存寿命分析方法和贮存措施有效，可作为后续光纤陀螺惯性测量装置单机贮存可靠性评估研究以及工程评定的辅助手段.