月面定點(diǎn)著陸變軌策略研究

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1、第26卷第2期航天器工程V01．26No．21111生!旦墨里壘曼蘭豎墨壘蘭!蘭墮魚!墮堡蘭堡!塑魚!!月面定點(diǎn)著陸變軌策略研究汪中生孟占峰高珊(北京空問飛行器總體設(shè)計部，北京100094)摘要在調(diào)研已有文獻(xiàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考慮我國開展月球探測任務(wù)中實(shí)現(xiàn)月面定點(diǎn)著陸的設(shè)計約束的特殊性，對圈次調(diào)整、調(diào)相和軌道面調(diào)整等不同定點(diǎn)著陸變軌策略進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明：月球探測任務(wù)中月面定點(diǎn)著陸的軌道設(shè)計需要考慮兩個關(guān)鍵因素，即采用一個2對2的瞄準(zhǔn)機(jī)動來達(dá)到理想的動力下降起始點(diǎn)高度和著陸點(diǎn)緯度，另外，還需要實(shí)施軌道平面調(diào)整機(jī)動來取得理想的著陸點(diǎn)經(jīng)度，這個機(jī)動可以和近月制動或降軌變軌

2、結(jié)合起來實(shí)施。關(guān)鍵詞月球探測；月面定點(diǎn)著陸；軌道設(shè)計；軌道平面調(diào)整機(jī)動中圖分類號：V476文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2017．02．005StudyoforbitalManeuVerStrategiesforPrecisionLunarLandingWANGZhongshengMENGZhanfengGAOShan(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Basedonareviewofpastexperiences

3、，thepapercomparesseveraldifferentstrategiessuchasadjustingdescentorbitrevolution，phasingmaneuverandorbitplaneadjustmentforachie—Vingprecision1unar1anding，inconsiderationofthespecialconstraintsofChina’s1unarmission．Itisdemonstratedinthispaperthattherearetwokeyelementsintheorbitdesignforap

4、recision1andingontheIⅥoon，namely，atwo—by—twotargetingmaneuverforachievingthedesiredperiselenealtitudeanddesiredlatitudeoftheselected1andingsite，andanorbitplaneadjustmentforachievingthedesiredlongitudeofthe1andingsite，whichcanbecombinedwithlunarorbitin—sertionordescentmaneuver．Keywords：lu

5、narmission；1unarprecisionlanding；orbitdesign；orbitplaneadjustment1引言“阿波羅”工程后期的飛行實(shí)踐表明，探測器完全可以在月球表面預(yù)定位置準(zhǔn)確降落，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)著陸[1]。本文面向我國未來月球探測任務(wù)工程應(yīng)用，考慮包括測控條件要求在內(nèi)的設(shè)計約束，討論了月球探測任務(wù)中探測器在月球表面實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)著陸所涉及的軌道問題。眾多文獻(xiàn)中已對在地外天體探測中實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)著陸的軌道設(shè)計問題進(jìn)行了研究，常用的變軌策略有圈次調(diào)整、調(diào)相軌道和軌道面調(diào)整等[2。]。文獻(xiàn)[2]中在討論不同地月轉(zhuǎn)移軌道方案的基礎(chǔ)上，考慮了調(diào)整地月轉(zhuǎn)移時間、環(huán)月軌

6、道傾角、月面下降圈次和調(diào)相軌道等月面定點(diǎn)著陸方案。文獻(xiàn)[3—4]的研究表明除了變軌策略設(shè)計，定點(diǎn)著陸動力下降過程中制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)(GNC)精確調(diào)整縱向和橫向航程的能力，也是成功實(shí)現(xiàn)地外天體定點(diǎn)著陸的關(guān)收稿日期：2016一08—10；修回日期：2016—12—29作者簡介：汪中生，男，博士，高級工程師，研究方向?yàn)楹教靹恿W(xué)與控制。Ema訂：zhongshengwang@hotmail．com。30航天器工程鍵因素。文獻(xiàn)[5—6]中重點(diǎn)對采用調(diào)相軌道和軌道面調(diào)整的定點(diǎn)著陸策略進(jìn)行了初步比較分析。文獻(xiàn)[7]中提出了在月球探測任務(wù)中在近月制動期間通過軌道面修正來調(diào)整著月點(diǎn)

7、的經(jīng)度。在調(diào)研上述已有月面定點(diǎn)著陸研究的基礎(chǔ)上，考慮我國開展月球采樣返回任務(wù)中實(shí)現(xiàn)月面定點(diǎn)著陸的設(shè)計約束的特殊性，本文對不同定點(diǎn)著陸變軌策略進(jìn)行比較分析，從而推薦適合我國未來月球采樣返回任務(wù)中實(shí)現(xiàn)月面定點(diǎn)著陸的變軌策略。文中考慮了一個典型的月球探測任務(wù)的著陸過程，即探測器在近月制動后進(jìn)入圓形環(huán)月軌道，運(yùn)行數(shù)圈后實(shí)施變軌，進(jìn)入近月點(diǎn)高度約15km的橢圓形軌道，又運(yùn)行數(shù)圈后在近月點(diǎn)開始動力下降過程。在理論分析的基礎(chǔ)上，采用了典型數(shù)值算例來闡釋軌道設(shè)計的相關(guān)因素。2基本軌道幾何和設(shè)計約束月球采樣返回任務(wù)軌道全飛行過程包括運(yùn)載發(fā)射、地月轉(zhuǎn)移、近月