基于LGL偽光譜—SQP算法的嫦娥三號(hào)月球軟著陸軌道最優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉怡+武紅芳

摘 要：論文主要研究嫦娥三號(hào)的軟著陸過程。根據(jù)萬有引力與能量守恒定律得到嫦娥三號(hào)在近月點(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn)速度的大小與方向，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，求出近月點(diǎn)與遠(yuǎn)月點(diǎn)的位置，建立三維動(dòng)力學(xué)模型，利用LGL偽光譜-SQP算法將問題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題，進(jìn)一步優(yōu)化得出結(jié)論。

關(guān)鍵詞：萬有引力定律 三維動(dòng)力學(xué) LGL偽光譜 SQP算法

中圖分類號(hào)：V412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（c）-0189-02

嫦娥三號(hào)于2013年12月2日1時(shí)30分成功發(fā)射，12月6日抵達(dá)月球軌道，它在著陸準(zhǔn)備軌道上的運(yùn)行質(zhì)量為2.4t，其安裝在下部的主減速發(fā)動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生1500N-7500N的可調(diào)節(jié)推力，其比沖（即單位質(zhì)量的推進(jìn)劑產(chǎn)生的推力）為2940m/s，可以滿足調(diào)整速度的控制要求。四周安裝有姿態(tài)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)，在給定主減速發(fā)動(dòng)機(jī)的推力方向后，能夠自動(dòng)通過多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的脈沖組合實(shí)現(xiàn)各種姿態(tài)的調(diào)整控制。其預(yù)定著陸點(diǎn)為19.51W，44.12N，海拔為-2641m，在高速飛行的情況下，要保證準(zhǔn)確地在月球預(yù)定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟著陸，關(guān)鍵問題是著陸軌道與控制策略的設(shè)計(jì)，基本要求為：著陸準(zhǔn)備軌道為近月點(diǎn)15km，遠(yuǎn)月點(diǎn)100km的橢圓形軌道；著陸軌道為從近月點(diǎn)至著陸點(diǎn)，其軟著陸過程共分為6個(gè)階段，要求滿足每個(gè)階段在關(guān)鍵點(diǎn)所處的狀態(tài)；盡量減少軟著陸過程的燃料消耗。