基于蒙特卡罗法的月球探测器着陆稳定性分析

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1、2013年9月北京航空航天大学学报September2013第39卷第9期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No．9基于蒙特卡罗法的月球探测器着陆稳定性分析宋顺广王春洁(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：为了验证月球探测器的软着陆性能，建立了月球探测器着陆过程多体动力学仿真分析模型．由于探测器着陆地点及初始着陆条件的不确定性，采用蒙特卡罗法对探测器的着陆稳定性进行了研究．为了提高蒙特卡罗模

2、拟的效率，采用了基于均值估计相对误差的蒙特卡罗模拟终止准则，从而在保证精度的前提下减少计算成本．通过着陆仿真试验，获得了探测器在给定坡度的月面上着陆时，各着陆性能参数的分布均值、方差及相应的置信区间等统计学结果，并计算了探测器安全着陆的可靠度．关键词：月球探测器；着陆动力学；着陆稳定性；蒙特卡罗法；着陆可靠度中图分类号：V476．3文献标识码：A文章编号：1001—5965(2013)09．1192-05LandingstabilityanalysisofthelunarlanderbasedonMo

3、nteCarloapproachSongShunguangWangChunjie(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Amulti—bodytouchdowndynamicssimulationmodelwasestablishedforpredictinglandingper-formancesofth

4、elunarlander．Becauseoftheuncertaintyofthelandingsiteandinitiallandingconditionsofthelanderattouchdown，aMonteCarlodynamicanalysiswasperformedtostudythelandingstabilityofthelu-narlander．Astoppingrulebasedontherelativeerrorofthemeanestimatewasadoptedfordet

5、erminingtherunlengthoftheMonteCarlosimulation．Throughthelandingsimulationexperimentsonthelunarsurfacewithacertainslope，statisticalresultsofthelandingperformanceparameterssuchasthemeans，variancesandCOY-respondingconfidenceintervalswereobtainedandtherelia

6、bilityforstablelandingwasfinallycomputed．Keywords：lunarlander；touchdowndynamics；landingstability；MonteCarlo；landingreliability为了防止火箭羽焰激起的月球表面物体击中探测器以及避免火箭喷口堵塞爆燃，月球探测器在接近月球表面时通常要关闭所有发动机，在月球重力作用下做自由落体运动降落至月球表面，然后经过着陆冲击直至停稳‘1。．月球探测器在关机着陆的过程中，将承受较大的冲击载荷，因此必

7、须采取一定的缓冲措施以防止其自身结构和所载仪器设备等产生破坏，并保证探测器不发生翻倒．着陆稳定性研究是探测器研制阶段的一项重要工作，文献[2—7]通过确定性方法研究了在给定初始条件下探测器的着陆稳定性，但是由于探测器的着陆工况较为复杂，采用确定性方法无法涵盖所有的着陆工况，同时探测器着陆初始时的位置、姿态、速度以及着陆面特性等参数都表现出较大的随机性．为此，文献[8—10]提出了基于蒙特卡罗法的探测器着陆稳定性分析方法，从而使稳定性研究更为全面，并能反映实际着陆工况的不确定性．然而上述研究在进行蒙特卡

8、罗模拟时均选取了固定数目的抽样点，导致统计结果的精度难以保证．本文基于均值估计的相对误差，动态的进行蒙特卡罗模拟次数的选择，从而既保证了模拟精度，又提高了模拟效率．收稿日期：2012-10-08；网络出版时间：2012-11—2911：04网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20121129．1104．003．html作者简介：宋顺广(1984一)，男，辽宁庄河人，博士生，so“gshu“gua“g@me．