火星着陆器扶正展开动力学研究

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1、航天返回与遥感第36卷第1期24SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2015年2月火星着陆器扶正展开动力学研究王永滨姜毅丁弘戈嗣诚荣伟（北京空间机电研究所，北京100094）摘要火星着陆技术是实现对火星探测的关键技术。文章通过对四面体着陆器展开过程进行深入研究，提出了一种应用于四面体火星着陆器扶正展开的方法，并对该方法进行了详细的分析和计算；通过火星着陆器扶正展开动力学的分析，提出了扶正展开系统的动作策略，对实现扶正展开的姿态确认进行了分析和设计；基于Hamilton法建立了扶正展开着陆器的动力学模型，对多姿态下扶正展开执行器的动力学特性进行了分析，获得

2、了扶正及展开过程中的力矩特性，从而可以对翻转动作进行定量的分析，实现翻转能量的最小化。该研究对于火星着陆器的设计具有参考意义。关键词气囊缓冲姿态扶正着陆器展开火星探测中图分类号:V476.4文献标志码:A文章编号:1009-8518(2015)01-0024-08DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2015.01.004ResearchonDynamicsofMarsLanderRectifyingandDeploymentWANGYongbinJIANGYiDINGHongGESichengRONGWei（BeijingInstituteofMechanic

3、s&Electricity,Beijing100094,China）AbstractTheentry,descentandlanding(EDL)isakeytechnologyforMarsexploration.Inthispaper,anewrectifyinganddeployingmethodforatetrahedralMarslanderisproposedbyinvestigatingthedeployingprocess.Detailedanalysisandcalculationsforthenewmethodarealsocarriedout.Thepaper

4、putsforwardthetacticfortheMarslandingdeploymenttorectifyanddeploybysystemicallyresearchingtheMarslander,andthenanalyzesanddesignsthediscriminatingmeansfortheattitudeoftheMarslander.ThedynamicsmodeloftheMarslanderisestablishedbasedontheHamiltontheory,anddynamicsidentityisanalyzedwithmultiatti-t

5、ude.Thecharacteristicofmomentisobtainedintheprocessofrectifyinganddeployment,therebytheana-lyzsisoftheactionofoverturncanbemeasurable,andtheminimizationofoverturnenergycanbeachievedaccordingly.TheresearchcanbeasareferenceforthedesignofMarslander.Keywordsairbagsbuffering;attituderectifying;land

6、erdeployment;Marsexploration0引言火星着陆器的进入、下降、着陆（entry,decentandlanding,EDL）过程是火星探测的关键技术之一。对目前国外已成功登陆火星的着陆器“探路者号”和“海盗号”进行分析，可发现气囊减速比缓冲支腿具备研制成本低，姿态控制简单，能够适应恶劣着陆条件的优势。因此，在火星探测初期适合采用气囊[1-2]进行减速着陆。目前国内对于基于四面体的火星着陆缓冲气囊已进行了系统的研究，但是对于气囊缓收稿日期：2014-11-04基金项目：国家863高技术计划资助项目（2008AA12A205）第1期王永滨等:火星着陆器扶正展开动力

7、学研究25[3-6]冲后着陆器的展开过程研究尚未深入。本文通过对四面体着陆器展开过程进行了深入研究，提出了一种应用于四面体火星着陆器扶正展开的方法，本研究以着陆目标面为水平面为前提，对该方法涉及的扶正展开过程动力学进行了分析计算，获得了着陆器扶正展开的力学特性，为后续火星着陆器的设计提供了设计参考。采用气囊缓冲的火星着陆器着陆火星后，气囊经多次反弹完成着陆。着陆器着陆后气囊先放气，随后着陆器进行扶正展开，最后搭载的有效载荷（含火星车）开始工作。由于着陆器触地后的姿态是