嫦娥三號軟著陸軌道設計與控制策略

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資料介紹

嫦娥三號軟著陸軌道設計與控制策略

　　嫦娥三號是中國發射的第一個地外軟著陸探測器和巡視器（月球車）。它的發射對我國航天事業具有重要意義。為解決嫦娥三號軟著陸的軌道設計與控制策略問題，本文首先分析各項因素對嫦娥三號軌道的影響，基于合理假設簡化模型，建立以月心為坐標原點的球極坐標系，為分析后續問題奠定基礎。針對問題 1：考慮到探測器在著陸預備軌道上時距離月面距離較遠，此時可將月球與探測器兩者組成的系統問題視為兩體問題。首先分析系統受力，建立著陸器的歸一化質心運動方程，將著陸點滿足的約束條件視為終端條件，近日點的約束條件作為初始條件，通過求解運動方程得到近日點與遠日點的位置坐標。軌道確定后，根據開普勒第一定律與萬有引力定律建立方程組，求得近日點和遠日點速度分別為v 1692.30m/ s 0 ? 和v 1614.01m /s 1 ? （其余軌道參數見表 1）。針對問題 2：為了滿足主減速階段燃料消耗最小的要求，首先將問題 1 中的運動方程表示為狀態方程的形式，按照耗燃最小為優化目標構造哈密頓函數，根據 Pontryagin 極大值原理求出該階段的最優推力進而確定最優制導率。根據初始條件與終端約束，將最優軌道問題轉化成兩點邊值問題，使用計算機仿真求解，得到主減速階段各項參數值隨時間的變化（圖 4）。考慮到快速調整階段時間很短這一事實，基于該階段的動力學方程，經過論證，可用主減速階段的軌道參數計算方法求解這一階段的軌道參數值。
嫦娥三號軟著陸軌道設計與控制策略