月球精确软着陆最优标称轨迹在轨制导方法

为实现在月球表面期望的着陆点进行精确软着陆(PPL),且满足燃耗最优性要求,基于提出的LIDAR目标点在轨自主选定的月球精确软着陆方案,对月球PPL最优标称轨迹在轨快速规划制导方法进行研究。首先针对月球PPL三维球体非线性轨道动力学模型,采用Legendre-Gauss-Lobatto伪光谱方法将轨迹优化的最优控制问题转化为非线性规划问题(NLP),再利用SQP优化算法求解月球PPL最优标称轨迹,最后通过遗传算法对优化结果进行验证,并提出应用遗传算法提供SQP在轨规划初值数据库的方案。仿真结果表明了最优标称轨迹在轨规划方法的快速性和有效性。

月球精确软着陆李雅普诺夫稳定制导律

为实现在月球表面期望的着陆点进行精确软着陆,以月球精确软着陆三维球体非线性轨道动力学模型为基础,采用李雅普诺夫直接法,构造了基于能量的李雅普诺夫函数,设计了跟踪收敛滑动模态的精确制导律,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了该制导控制律的全局指数稳定性,给出矢量推力实现方法。仿真表明,该制导方法能够满足月球精确软着陆的需要。

月球精确软着陆制导轨迹在轨鲁棒跟踪

为实现在月球表面期望的着陆点进行精确软着陆(PPL),在开环制导规划出的最优标称轨迹基础上,考虑动力下降过程中的干扰和不确定性,对在轨闭环轨迹跟踪制导方法进行研究.针对月球PPL三维球体非线性轨道动力学模型,充分考虑自主制导的鲁棒性、实时性要求,采用动态平面控制技术的思想,解决退步法存在的"计算复杂性膨胀"问题,并证明了闭环系统的稳定性.仿真算例表明,该方法不仅算法简单,过渡过程能够实现快速跟踪,而且能够保证稳态跟踪误差在预先给定的范围之内且可以自由调节.

基于IMU/LIDAR的月面软着陆自主导航方法

针对中国探月二、三期工程及未来星际着陆探测任务中对探测器精确着陆的要求,为避免采用导航相机进行导航时的大量图像处理运算对导航实时性的影响及其对星载计算机性能的苛刻要求,同时克服传统导航精度低的缺点,提出一种基于惯性测量单元(IMU)加激光雷达(LIDAR)的着陆段自主导航方法。该方法利用惯性测量单元测得的探测器的加速度和角速度以及激光雷达测得的探测器相对于月面的距离和速度信息,通过改进扩展Kalman滤波估计出探测器的位置、速度和姿态。该方法的运算量较小,保证了良好的实时性,且仿真分析表明采用该方法对月面地形具有较好的适应能力,可获得较高的导航精度。

月球软着陆燃料最省轨道研究

月球软着陆轨道研究是我国开展登月活动所必须先期解决的关键问题之一。针对这一问题,我们提出了景象匹配技术并采用分段控制来实现精确软着陆。我们通过最优控制的研究得到燃料最优轨道的着陆轨道研究,并且提出了在景象匹配基础上通过分段控制的方法进行精确软着陆飞行。对于问题三,我们考虑到初始状态的偏差,发动机产生加速度的不精确以及着陆器质量的变化,来做出相应的误差分析和敏感性分析。

火箭返回着陆问题高精度快速轨迹优化算法

针对垂直起降可重复使用运载火箭子级返回着陆问题,提出一种高精度快速轨迹优化算法.算法将凸化技术与伪谱离散方法有机结合,将非凸、非线性优化问题转化为凸优化问题,进而充分利用凸优化求解快速性、收敛确定性以及伪谱法离散精度高的理论基础.在优化精度方面,建立了高保真优化模型,分析了发动机开机/终端时刻值设计对轨迹最优性的影响;采用flip-Radau谱法对连续最优控制问题进行离散,并利用伪谱法的独特离散时域映射,将开机和终端时刻设计为特殊控制变量,提高了优化结果的精度和最优性.在快速性方面,为利用凸优化方法求解非凸问题,基于一种新的信赖域更新策略,提出了改进序列凸化算法,减少了算法迭代次数,提高了算法收敛性能.数值实验验证了算法的有效性.高精度的优化结果和较高的计算速度,使得算法具有发展为在线最优制导方法的潜力.

可回收火箭动力着陆段在线制导算法

针对火箭垂直回收精确着陆问题,该文研究了基于凸优化的在线制导算法,提出了一种制导、导航与控制一体化闭环数值仿真方法。通过无损凸化和逐次凸化方法,将火箭回收段制导问题转化为二阶锥优化问题,并结合内点法将该特定问题进行定制求解。研究了在随机大气扰动、发动机节流特性、导航系统随机偏差以及系统整体时延等多重不确定因素作用下算法的鲁棒性。通过对问题进行定制化求解,该算法具备毫秒级的收敛特性,且具有较高的算法鲁棒性。在动力学环境扰动、控制和导航系统偏差以及系统整体延时等不同扰动的组合作用下,该算法的仿真结果满足火箭回收精确软着陆的要求。

垂直起降重复使用运载火箭发展趋势与关键技术研究进展

可重复使用运载火箭技术是降低空间运输费用的重要手段,也是提升空间快速响应能力的有效途径,各主要航天强国都将其作为航天领域未来发展的重点方向之一.为验证垂直起降精确软着陆与箭体回收技术的可行性,私营商业航天领域的代表者Space X公司开展了多次猎鹰-9火箭一子级海上平台和陆地回收试验,再次掀起可重复使用火箭研究热潮.本文对Space X公司可重复使用运载火箭研究历程、回收试验情况等进行简要回顾,总结归纳了重复使用技术60多年的发展历程,研究分析其发展特点、未来趋势和关键技术,提出发展我国可重复使用运载火箭技术的启示和建议.