小行星軟著陸動力下降段制導(dǎo)與控制方法研究.pdf

1、小行星探測活動已經(jīng)成為當(dāng)今深空探測領(lǐng)域的熱點(diǎn)，方興未艾。探測形式也從早前的掠飛、環(huán)繞、撞擊發(fā)展到現(xiàn)在的著陸以及采樣返回，其中著陸探測甚至采樣返回是獲取科學(xué)研究數(shù)據(jù)的最理想途徑。但因小行星質(zhì)量輕、自旋、形狀不規(guī)則及弱重力場等特殊的性質(zhì)，為實現(xiàn)著陸目標(biāo)，就要求著陸制導(dǎo)律具有較強(qiáng)的魯棒性、自主性和較高的著陸精度。
　　本文以小行星定點(diǎn)軟著陸任務(wù)為背景，將在小行星重力場球諧系數(shù)問題研究的基礎(chǔ)上，對小行星著陸探測器動力下降段的制導(dǎo)律進(jìn)行研究

2、和設(shè)計。
　　首先，對小行星動力下降段軌道約束進(jìn)行分析，并在小行星固連坐標(biāo)系下建立動力下降段三維軌道動力學(xué)方程。為了實現(xiàn)不規(guī)則形狀小行星重力場建模，深入研究了多面體模型法和球諧函數(shù)法兩種建模方法。
　　其次，深入研究小行星重力場球諧系數(shù)的計算和優(yōu)化問題。為得到高精度的全球球諧系數(shù)，即傳統(tǒng)意義上的球諧系數(shù)，對小行星多面體模型的劃分形式、面數(shù)的選擇、檢驗點(diǎn)選取方式進(jìn)行討論和分析。為建立小行星局部重力場模型，提出局部球諧系數(shù)概念，

3、即在該局部空域內(nèi)集中選取檢驗點(diǎn)計算得到的球諧系數(shù)，并構(gòu)建一個新的性能指標(biāo)對其有效性進(jìn)行評估。
　　然后，針對小行星著陸探測器動力下降段進(jìn)行顯式制導(dǎo)律設(shè)計。為實現(xiàn)著陸探測器安全準(zhǔn)確地定點(diǎn)著陸，并考慮小行星動力學(xué)環(huán)境的不確定性和外界干擾，基于滑模變結(jié)構(gòu)思想設(shè)計兩種自主的、魯棒的制導(dǎo)與控制方案：為實現(xiàn)定時著陸目標(biāo)，對控制系統(tǒng)實現(xiàn)降階處理，簡化控制問題，設(shè)計多滑模制導(dǎo)律；為充分發(fā)揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制能力，實現(xiàn)快速著陸目標(biāo)，保證滑模變量平滑變化