嫦娥三號軟著陸軌道設(shè)計與控制策略

　　嫦娥三號是中國發(fā)射的第一個地外軟著陸探測器和巡視器（月球車）。它的發(fā)射對我國航天事業(yè)具有重要意義。為解決嫦娥三號軟著陸的軌道設(shè)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(shè)簡化模型，建立以月心為坐標(biāo)原點的球極坐標(biāo)系，為分析后續(xù)問題奠定基礎(chǔ)。針對問題 1：考慮到探測器在著陸預(yù)備軌道上時距離月面距離較遠(yuǎn)，此時可將月球與探測器兩者組成的系統(tǒng)問題視為兩體問題。首先分析系統(tǒng)受力，建立著陸器的歸一化質(zhì)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(yuǎn)日點的位置坐標(biāo)。軌道確定后，根據(jù)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(yuǎn)日點速度分別為v 1692.30m/ s 0 ? 和v 1614.01m /s 1 ? （其余軌道參數(shù)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(tài)方程的形式，按照耗燃最小為優(yōu)化目標(biāo)構(gòu)造哈密頓函數(shù)，根據(jù) Pontryagin 極大值原理求出該階段的最優(yōu)推力進(jìn)而確定最優(yōu)制導(dǎo)率。根據(jù)初始條件與終端約束，將最優(yōu)軌道問題轉(zhuǎn)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(shù)值隨時間的變化（圖 4）?？紤]到快速調(diào)整階段時間很短這一事實，基于該階段的動力學(xué)方程，經(jīng)過論證，可用主減速階段的軌道參數(shù)計算方法求解這一階段的軌道參數(shù)值。