嫦娥三號軟著陸軌道設計與控制策略優化模型

石建磊　范梓雄　張文澤　閻少宏

摘 要：在已知近月點速度和速度方向的情況下，借用開普勒定律和能量守恒定律建立方程，得到嫦娥三號在著陸準備軌道上遠月點的速度和近、遠月點的經緯度。針對嫦娥三號軟著陸的6個階段，通過對各個階段的受力分析，得到描繪該階段的運動方程，然后以最小燃料消耗為規劃目標，建立變質量恒推力優化模型，對相關變量進行離散化處理，經過LINGO計算得到各個階段最優化燃料消耗量和運行時間。關于對著陸位置的選取部分，使用MATLAB對數字高程圖進行數字化處理，將其轉化為相應矩陣后，設定智能自動篩選算法對矩陣進行數據處理，得到目標區域比較精確的位置。

關鍵詞：優化模型 離散化處理 智能自動篩選算法 靈敏度檢驗

中圖分類號：O232文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（b）-0000-00

2013年12月2日1時30分，我國成功發射嫦娥三號月球探測器，正式開始自己的探月之旅。在高速飛行的情況下，嫦娥三號要保證準確地在月球預定區域內實現軟著陸，需要用很小的速度降落在月球表面，來保證儀器設備安全和降落時的平穩著陸 [1] ，因此設計一套優化的著陸軌道與控制策略顯得至關重要。而關于登月探測器軟著陸的最優化設計，國內外許多學者都對其進行了深入的研究，并取得了較為不錯的成績[2-4]。 本文使用最優化模型和非線性方程組對該問題進行分析和求解，在保證嫦娥三號安全著陸的前提下，通過對軟著陸過程6個階段的飛行狀態的調整，使得嫦娥三號在軟著陸過程的燃料消耗和飛行時間達到最優化結果。……