嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略详解

嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略研究报告深入探讨了中国首次地外探测任务的关键技术挑战。该文档主要关注于嫦娥三号着陆过程中的三个关键阶段：轨道确定、主减速阶段和粗避障段。 1. 轨道确定： - 在着陆预备轨道上，问题被视为两体问题，通过分析系统受力，建立了归一化质心运动方程。利用开普勒第一定律和万有引力定律，确定了近日点（v0 = 1692.30m/s）和远日点（v1 = 11614.01m/s）的速度，以及其他轨道参数（具体数据见表1）。 2. 主减速阶段： - 为了最小化燃料消耗，将运动方程转化为状态方程形式，构建哈密顿函数并应用Pontryagin极大值原理，找到最优推力和制导率。通过两点边值问题的计算机仿真，得到此阶段各参数随时间变化的情况（如图4所示）。 3. 粗避障段： - 该阶段采用平面直角坐标系，将探测器运动分解为垂直月面和水平避障两部分。垂直运动通过动力学方程解决，而水平避障则利用地形数据（附件3、4的高程图）找出平坦区域，结合Lommel-Seeliger光照反射模型和Shape-from-Shading方法，确定大陨石坑坐标作为特征点，以确保软着陆（如图10和图11）。 4. 优化考虑： - 文献还提及了对月球引力摄动和月球自转等外部因素的理论分析，以识别可能对轨道产生的误差来源，并采用自适应模拟退火遗传算法对软着陆轨道进行优化，以提高精度和可靠性。 这份报告不仅详细阐述了嫦娥三号软着陆的轨道设计过程，还涉及了控制策略的制定，包括如何通过优化方法来应对复杂环境和减少燃料消耗，体现了中国航天科技在深空探测中的精密计算和智能决策能力。