嫦娥三号软着陆过程简介

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1、1．嫦娥三号软着陆过程简介1.1着陆准备轨道：着陆准备轨道即在进行改变探测器速度前的准备阶段。此时探测器还在椭圆轨道上，轨道的近月点是15km，远月点是100km。为确定探测器着陆点的位置，我们需确定近月点在月心坐标系的位置和软着陆轨道形态。1.2主减速段：主减速段主要任务即将探测器的飞行速度降到57m/s。该段区间是距离月球表面15km到3km。采用惯性、激光、微波测距测速制导；使用主发动机来提供动力，姿态发动机来改变主发动机即加速度的方向。1.3快速调整段：快速调整段的主要是利用姿态发动机，调整探测器姿态，使其在距离月面3km到2.4km这段区间内完成

2、将水平速度减为0m/s的任务，即使主减速发动机的推力竖直向下进入粗避障阶段。1.4粗避障段：粗避障段的范围是距离月面2.4km到100m区间，其主要是分析星光下光学敏感成像图片，启动姿态发动机，粗步避开大的陨石坑，实现在设计着陆点上方100m处悬停，并初步确定落月地点。1.5精避障段：精细避障段的区间是距离月面100m到30m。要求嫦娥三号悬停在距离月面100m处，对着陆点附近区域100m范围内拍摄图像，并获得三维数字高程图。分析三维数字高程图，避开较大的陨石坑，确定最佳着陆地点，实现在着陆点上方30m处水平方向速度为0m/s。1.6缓速下降阶段：缓速下降

3、段主要是保证着陆月面的速度和姿态控制精度,要以较小的设定速度匀速垂直下降,消除水平速度和加速度,保持着陆器水平位置,之后关闭发动机。缓速下降阶段的区间是距离月面30m到4m。要求着陆器在距离月面4m处的速度为0m/s，即实现在距离月面4m处相对月面静止，之后关闭发动机，使嫦娥三号自由落体到精确有落月点。嫦娥三号软着陆各阶段的轨迹如图（）所示2.各阶段控制策略2.1主减速段设探测器在近月点处的速度为V，垂直方向速度为vy，速度方向与水平方向的夹角为θ调整发动机方向，使发动机方向沿着垂直轴方向并保持加速度大小不变，故探测器在此阶段只在垂直方向有加速度，探测器在

4、垂直方向运动了12000米，速度减至为56m/s，因此要满足方程，由此可以解出加速度a和主减速阶段所需要的时间t2.2快速调整段利用姿态发动机，调整探测器姿态，使其在距离月面3km到2.4km这段区间内完成将水平速度减为0m/s的任务，即使主减速发动机的推力竖直向下进入粗避障阶段。保持探测器垂直方向上的加速度不变，探测器水平方向速度减为0，垂直方向运动了600米，因此要满足方程，其中ax为探测器在水平方向的加速度，t’为快速调整阶段所经历的时间。2.3粗避障段在该阶段，要求保证光学成像敏感器能够对着陆区成像并完成粗避障，因此接近段制导必须能够满足制导目标的

5、位置、速度、姿态以及初始高度和速度等多项约束。我们首先来分析着陆器此时的加速度与速度方向。考虑到成像敏感器能够持续观测预定着陆区，而我们查阅资料得，7500N主发动机羽流带来的不可见区域为半锥角约25°的锥体，而成像敏感器视场为30°，所以我们在保证成像敏感器能够充分观察到全视角并使成像敏感器的视线尽量短的情况下，着陆器需要以40°的偏置角进入，为进一步保证着陆器能够观察到着陆区，我们确定采用下降轨迹接近与水平面夹角45°的直线下降方式进入下一阶段。因而为满足以上角度设置，着陆器合加速度和速度方向必须相反.因此,推力、月球引力加速度和速度需要满足一定的几何

6、关系。x表示从月心指向着陆器(径向),z表示为航向(速度方向)。根据力学知识，我们科推导出：其中，α为推力方向与引力方向的夹角；β为速度方向和水平方向的夹角。利用正交分解可得：如果保证加速度在x方向与z轴方向的加速度不变，那么我们不难得到下降高度和航程为：其中，vxf和vzf分别为接近段终端时x方向与z方向的速度，vx0和vz0分别为接近段入口处x方向与z方向速度。则，标称的接近段时间为：根据我们之前的讨论，采用下降轨迹接近与水平面夹角45°的直线下降方式，因此，β=45°。参考相关资料，并综合考虑光学成像敏感器视场、推力大小、下降高度和接近段时间等约束条

7、件，我们取α=9°。于是，根据推力、月球引力加速度和速度等约束以及接近段入口高度条件，就可以计算出接近段的入口速度和全程加速度等约束。由于设计的接近制导目标加速度全程保持不变,则制导加速度为零,于是制导剩余时间tgo的约束方程可以简化为；其中，rtGz,vGz和atGz分别为制导系的航向位置、速度和加速度制导目标,rGz和vGz分别为制导系的航向位置和速度。观察得到该式为关于gto的二次方程，避免了原多项式制导求解tgo时的迭代计算。设计的制导加速度指令表达为：其中，r,tGv和tGa分别为制导系的位置、速度和加速度制导目标,Gr和Gv分别为制导系的位置和

8、速度。所以，一旦当探测器确定好着陆点，我们只需将预设的着陆点设置成