月球探测器软着陆制导律设计

123456aa · 发表于 2022-5-1 17:32:01

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随着我国探月工程的顺利实施，探月二期工程将发射月球探测器安全着陆月球表面，探月三期工程将发射能够自动采样返回的月球探测器。因此，月球软着陆是我国探测月球的一个不可缺少的环节，导航、制导与控制技术又是月球软着陆的一项关键性技术。本文根据月球软着陆不同阶段的任务需求分别设计了燃料最优制导律，并将制导律设计结果扩展应用于月面起飞过程。对于软着陆动力下降段，本文根据制动发动机不同的推力形式分别设计了常推力和变推力显式制导律，常推力形式最优题目为时间最优题目，根据最优控制理论推导了关于实时径向高度和速度的显式表达式，并设计了具有开关保持功能的反馈控制律。变推力形式最优题目为控制力最优题目，本文将探测器受力模型转换为线性二次型模型，根据极大值原理推导了探测器实时的最优推力加速度。对于软着陆最终着陆段，本文以燃耗最优为性能指标，根据最优bang-bang控制理论推导了重力转弯制导律制动发动机制动过程的切换函数，并考虑探测器软着陆安全性设计了不同推力形式的反馈控制律。常推力形式重力转弯制导律考虑切换函数推导了具有开关保持的最优反馈控制律，变推力形式重力转弯制导律考虑安全高度设计了最优开函数和等效变推力反馈控制律。最后，对软着陆动力下降段和最终着陆段进行全过程仿真，验证了制导律的有效性和准确性并对两种推力形式的制导律进行对比分析。同时，本文对月面返回过程进行初步分析，以起飞段和环月段过程为主要研究范围，针对环月段过程提出了两种月面返回方案，并对起飞段提出了直接入轨和多次调整入轨等两种环月轨道入轨方案，将软着陆常推力制导律设计结果应用于动力上升过程。最后，在精确动力学模型的基础上对月面起飞过程进行仿真，验证制导律动力上升过程的有效性，并对两种入轨方式制导律结果进行对比分析。

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