留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

环月降轨实现月面着陆的控制策略

李革非 刘勇 马传令 郝大功

李革非, 刘勇, 马传令, 等 . 环月降轨实现月面着陆的控制策略[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(1): 13-19. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0168
引用本文: 李革非, 刘勇, 马传令, 等 . 环月降轨实现月面着陆的控制策略[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(1): 13-19. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0168
LI Gefei, LIU Yong, MA Chuanling, et al. Control strategy of lunar orbit descent to achieve lunar landing[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(1): 13-19. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0168(in Chinese)
Citation: LI Gefei, LIU Yong, MA Chuanling, et al. Control strategy of lunar orbit descent to achieve lunar landing[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(1): 13-19. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0168(in Chinese)

环月降轨实现月面着陆的控制策略

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0168
基金项目: 

国家自然科学基金 11773004

国家自然科学基金 61573049

详细信息
    作者简介:

    李革非  女, 博士, 研究员。主要研究方向:航天器动力学与控制

    通讯作者:

    李革非, E-mail:sophiebacc@sina.com

  • 中图分类号: V525;V529

Control strategy of lunar orbit descent to achieve lunar landing

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 11773004

National Natural Science Foundation of China 61573049

More Information
  • 摘要:

    针对探测器实现月面着陆的问题,对环月降轨轨道控制策略进行了研究。根据环月降轨的控制方程,将环月降轨单脉冲控制变量的不同组合与月面着陆目标参数建立了3种关系;建立了定时定点月面着陆、定点月面着陆和目标纬度区域月面着陆3种环月降轨控制策略,并给出了控制策略求解算法和步骤。针对定点月面着陆,单脉冲对半长轴和近月点高度进行组合控制,分析了环月降轨控制解空间。针对标称环月轨道/-偏差环月轨道/+偏差环月轨道,分别进行了定时定点/定点/目标纬度区域3种月面着陆的控制计算,验证了环月降轨控制策略。可应用于月球着陆、月球采样返回及载人登月等实施月面定时定点着陆任务的轨道控制。

     

  • 图 1  探测器月面软着陆飞行过程示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of lunar probe's soft landing flight process

    图 2  动力下降点的轨道平面偏差

    Figure 2.  Orbit plane deviation of power descending point

    图 3  法向脉冲修正轨道平面偏差

    Figure 3.  Normal impulse to correct orbit plane deviation

    图 4  环月降轨控制解示意图

    Figure 4.  Schematic diagram of lunar orbit descent control solution

    表  1  标称环月轨道的环月降轨控制参数

    Table  1.   Parameters of lunar orbit descent control for nominal orbit

    着陆方式 ψ/(°) θ/(°) A/km ΔT/s λ/(°) T Δv(m·s-1)
    TP1 0 180 1 791.000 0.27 175.97 2018-12-30T08:54:00 23.250
    -1.00 162.98 1 790.984 0.08 175.97
    TP2 0 180 1 791.000 -42.16
    175.96 2018-12-30T08:59:27 23.590
    -2.12 -163.85 1 790.838 -0.06 175.97
    P 0 180 1 791.000 0.27 175.97 2018-12-30T08:54:06 23.187
    0 163.52 1 790.982 0.15 175.97
    LAT 0 180 1 791.000 0.27 175.97 2018-12-30T08:56:35 22.535
    下载: 导出CSV

    表  2  -偏差环月轨道的环月降轨控制参数

    Table  2.   Parameters of lunar orbit descent control for negative deviation orbit

    着陆方式 ψ/(°) θ/(°) A/km ΔT/s λ/(°) T Δv/(m·s-1)
    TP1 0 180 1 791.000 149.17 176.03 2018-12-30T08:47:00 27.189
    -3.19 140.06 1 791.472 -0.01 175.97
    TP2 0 180 1 791.000 67.66 176.02 2018-12-30T09:00:30 27.584
    14.57 -145.72 1 791.173 0.17 175.97
    P 0 180 1 791.000 535.61 176.09 2018-12-30T09:02:34 26.699
    0 136.17 1 792.027 -277.74 175.97
    LAT 0 180 1 791.000 535.61 176.09 2018-12-30T08:54:01 22.101
    下载: 导出CSV

    表  3  +偏差环月轨道的环月降轨控制参数

    Table  3.   Parameters of lunar orbit descent control for positive deviation orbit

    着陆方式 ψ/(°) θ/(°) A/km ΔT/s λ/(°) T Δv/(m·s-1)
    LAT 0 180 1 791.000 -355.30 175.89 2018-12-30T08:59:07 22.970
    下载: 导出CSV
  • [1] 李金岭, 郭丽, 钱志翰, 等.嫦娥一号卫星受控撞月轨迹测量与落月点坐标分析[J].科学通报, 2010, 55(9):752-757. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=kxtb201009003

    LI J L, GUO L, QIAN Z H, et al.Determination of the controlled landing trajectory of CHANG'E-1 satellite and the coordinate analysis of the landing point on the Moon[J].Chinese Science Bulletin, 2010, 55(9):752-757(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=kxtb201009003
    [2] 孙泽洲, 张熇, 吴学英, 等.月球着陆探测器任务分析研究[J].航天器工程, 2010, 9(5):12-16. doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2010.05.003

    SUN Z Z, ZHANG H, WU X Y, et al.Mission analysis of a lunar soft lander[J].Spacecraft Engineering, 2010, 9(5):12-16(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2010.05.003
    [3] 吴伟仁, 王琼, 唐玉华, 等."嫦娥4号"月球背面软着陆任务设计[J].深空探测学报, 2017, 4(2):111-117. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sktcxb201702002

    WU W R, WANG Q, TANG Y H, et al.Design of Chang'E-4 lunar farside soft-landing mission[J].Journal of Deep Space Exploration, 2017, 4(2):111-117(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sktcxb201702002
    [4] 李飞, 张熇, 吴学英, 等.月球背面地形对软着陆探测的影响分析[J].深空探测学报, 2017, 4(2):143-149. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sktcxb201702007

    LI F, ZHANG H, WU X Y, et al.Influence analysis of terrain of the farside of the moon on soft-landing[J].Journal of Deep Exploration, 2017, 4(2):143-149(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sktcxb201702007
    [5] TINDALL H W.A lengthy status report on lunar point landing including some remarks about CSM DOI: NASAmemo69-PA-T-116A[R].Washington,D.C.:NASA,1969.
    [6] LOUCKS M, CARRICO J.A comparison of lunar landing trajectory strategies using numerical simulations[C]//International Lunar Conference, 2005.
    [7] SOSTARIC R R, REA J.Powered descent guidance methods for the moon and mars[C]//AIAA Guidance, Navigation and Control Conference.Reston: AIAA, 2005.
    [8] DIERLAM T A.Entry vehicle performance analysis and atmospheric guidance algorithm for precision landing on mars[D].Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 1990.
    [9] WANG Z, GAMBAL M H.Trajectory design consideration for precision landing on mars[C]//AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting.Reston: AIAA, 2013: 2511-2525.
    [10] WANG Z, MENG Z.Orbit design considerations for precision lunar landing for a sample return mission[C]//AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting.Reston: AIAA, 2014: 3605-3621.
    [11] 孟占峰, 周文艳, 杨维廉, 等.一种考虑工程约束的环月大椭圆轨道调整方法: ZL201010052760.9[P].2013-10-23.

    MENG Z F, ZHOU W Y, YANG W L, et al.A method for lunar elliptical orbit adjustment consideration engineering constraints: ZL201010052760.9[P].2013-10-23(in Chinese).
    [12] ZHOU J, LIU Y.Chang'E-2 satellite asymmetric-descent orbit control technology[J].Science China Technological Sciences, 2011, 54(9):2247-2253. doi: 10.1007/s11431-011-4516-8
    [13] 汪中生, 孟占峰, 高珊.月面定点着陆变轨策略研究[J].航天器工程, 2017, 26(2):29-37. doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2017.02.005

    WANG Z S, MENG Z F, GAO S.Study of orbital maneuver strategies for precision lunar landing[J].Spacecraft Engineering, 2017, 26(2):29-37(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2017.02.005
    [14] 郑爱武, 刘勇, 周建平.虹湾地区高分辨率成像轨控方案[J].中国空间科学技术, 2012, 12(6):47-52. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgkjkxjs201206007

    ZHENG A W, LIU Y, ZHOU J P.Orbit control for high resolution imaging of Hong-Wan area[J].Chinese Space Science and Technology, 2012, 12(6):47-52(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgkjkxjs201206007
    [15] LI G F, XIE J F, ZHOU J L, et al.The lunar orbit phasing and rendezvous tests of Chang'E 5 reentry flight experiment vehicle[C]//Proceedings of 25th International Symposium on Space Flight Dynamics, 2015.
  • 加载中
图(4) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  673
  • HTML全文浏览量:  89
  • PDF下载量:  293
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-18
  • 录用日期:  2019-07-12
  • 网络出版日期:  2020-01-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答