嫦娥三号月球软着陆轨道设计与控制策略研究
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"嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略方案设计.docx" 这篇文档详细探讨了嫦娥三号探测器在月球表面软着陆的轨道设计和控制策略,是中国太空探测计划中的关键环节。软着陆是航天任务中极具挑战性的部分,因为它需要精确的轨道计算和控制策略来确保探测器安全、有效地降落在月球表面。 在轨道设计方面,文档首先基于近月点和远月点的高度,利用物理原理如角动量守恒和机械能守恒,计算出嫦娥三号在这些点的速度参数。由于实际着陆轨迹的不确定性,通过假设探测器沿着经线接近月球,并简化水平路程,来估算近月点的近似位置。然后,通过问题二的控制策略对这个位置进行修正,以获得更准确的轨道参数。 在控制策略的设计上,整个着陆过程被分为六个阶段,包括着陆准备轨道阶段、主减速阶段、快速调整阶段、粗避障阶段和精避障阶段。在着陆准备轨道阶段,采用推力最大策略,以最短变轨时间为优化目标,计算得出21.07秒的最短变轨时间。主减速阶段则以最小化燃耗为目标,采用恒定推力7500N并线性变化角度的策略,计算出推进剂消耗为1242.3kg。快速调整阶段则是在降至2.4km高度前,确保水平速度为零,通过非线性规划模型确定推进剂质量消耗为20kg。 避障阶段的控制策略尤为关键。在粗避障阶段,通过分析月球高程图像,定义平地标准并划分单元格,以最小高程方差和平移距离最近为标准,选择最优着陆区域。在着陆过程中,实施动力学控制策略,确保探测器沿直线到达选定区域。精避障阶段则对月面识别和着陆平稳度有更高要求,使用更精细的像素划分和坡度计算方法,以找到更平缓的落地区域。 这份报告深入剖析了嫦娥三号软着陆的技术难点和解决方案,展示了在复杂空间环境中如何运用数学模型、物理定律和优化策略实现精准的轨道控制,体现了我国在深空探测领域的高超技术水平和创新能力。
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