嫦娥三号软着陆控制策略与避障研究

"这篇论文主要探讨了嫦娥三号月球探测器的软着陆轨道设计与落点避障策略，是针对2014年全国大学生数学建模竞赛A题的研究成果，荣获了一等奖。作者陶雷、廖如天、胡尊丽来自东南大学。" 在2021深圳杯的数学建模竞赛中，参赛者可以参考2014年全国大学生数学建模竞赛（CUMCM）的A题，该题目涉及航天器嫦娥三号的软着陆问题。嫦娥三号是中国的月球探测器，它在2013年成功发射，并在月球表面进行了软着陆。在进行软着陆的过程中，关键的技术挑战包括轨道设计和着陆点的选择，以确保在有限的燃料消耗下安全精确地降落。 论文中提到，嫦娥三号在着陆准备轨道上的质量为2.4吨，配备有主减速发动机，提供1500N至7500N的可调节推力，比冲为2940m/s，这样的配置可以有效调整飞行速度和姿态。此外，探测器周围还安装有姿态调整发动机，用于在给定推力方向后自动调整飞行姿态。 轨道设计方面，要求着陆准备轨道的近月点高度为15公里，远月点未具体说明。设计过程中考虑的主要目标是燃料效率，通过建立基于抛物线运行轨迹的动力学模型来优化路径。论文详细阐述了着陆的六个阶段，并给出了每个阶段的最优控制策略以及相应的耗时和着陆器质量变化。 在落点避障阶段，研究人员利用数字高程图进行灰度阈值分析，采用二值化处理、平坦图转换和障碍圆划定等图像处理技术，以确保在月球表面的预定区域内选择无阻碍的着陆点。这一方法有助于避免可能存在的月面障碍物，确保安全着陆。 最后，论文进行了误差分析和敏感性分析，以评估模型的可靠性和对参数变化的敏感程度。这些研究对于理解航天器控制和轨道设计的复杂性至关重要，同时为未来类似的月球或行星探测任务提供了宝贵的理论和技术支持。 这篇论文深入探讨了嫦娥三号软着陆的工程问题，涉及轨道动力学、控制策略、燃料优化和避障技术，对于理解航天器软着陆的复杂过程具有很高的学术价值和实践意义。