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第三百七十三章
顾律先一步运算的是嫦娥四号探测器的运行轨道。
因为这个相对来说较为简单。
打开电脑上的,顾律开始紧张忙碌的工作。
嫦娥四号探测器的轨道可以被简单分为三部分。
第一部分是地月转移阶段。
这一阶段是在地球上,将嫦娥四号探测器由长征运载火箭发射升空,使探测器离开地球轨道,向月球飞行,实现地月转移。
顾律录入了一系列的参数,很快的得出了嫦娥四号探测器在这一阶段的运行轨道。
接着,便是探测器不断向月球附近运行。
当探测器抵达预定轨道后,完成近月制动。
所谓的近月制动,就是给在地月转移轨道高速飞行的卫星减缓速度,完成“太空刹车减速”,建立正常姿态,被月球的引力所吸引,进行环月飞行。
因为当探测器飞行到月球附近时,它相对月球的速度要大于月球2.38公里/秒的逃逸速度,如果不减速,探测器将飞离月球。
要实现绕月飞行的话,必须进行制动,要刹一下车,将飞行速度降低到月球逃逸速度以内,从而被月球引力捕获。
近月制动是卫星或探测器飞行过程中最关键的一次轨道控制。
这一部分需要顾律做的东西,就要比地月转移阶段要麻烦很多。
第一点,就是顾律必须要确定在近月制动过程中制动量的多少。
虽然说,制动量过小的话,探测器会直接飞离月球。
但一旦制动量过大的话,那后果会更加严重。
因为探测器会直接撞击向月球!
所以,需要顾律去准确的衡量好其中的一个度。
幸好,他们这个项目是嫦娥四号探月项目,而不是嫦娥一号。
顾律有很多经验可以借鉴。
顾律抽过一摞草稿纸,在上面写写画画。
得出一串数据后,顾律利用建立模型模拟。
而后,顾律得出一个结果。
“发动机!”
顾律在草稿纸上将这个数字圈起来。
在顾律的缜密计算后,得出整个近月制动的全过程:
在嫦娥四号探测器距离月球850公里时,开始近月制动。
近月制动采用变推力发动机。
近月制动过程将持续290秒。
制动完成后,嫦娥四号探测器将被月球捕获,成功进入*环月椭圆轨道。
这就是整个近月制动的过程。
这一过程并不复杂,简单来说就是将探测器减速并推进预设轨道。
顾律在电脑上模拟了一遍,将整个轨道图绘制下来。
第三个阶段,绕月飞行。
绕月飞行环节是最简单的一个部分,指的是嫦娥四号探测器在环绕*环月椭圆轨道运行的过程。
该环月椭圆轨道的近月点是100公里,远月点是400公里。
只需要明确这两个数据,绘制简单的轨道图就OK了。
这部分工作简单到只要稍微有点高中物理基础的人都可以轻松做到。
那么,到目前为止,顾律第一大部分的工作算是基本完成了。
嫦娥四号探测器从地球升空后,直至进入环月椭圆轨道,整个的运行轨道被顾律轻松绘制出来。
其实,这部分的工作根本不需要出手。
吴征随便找个数学家,甚至找个稍微懂点物理的博士生过来,都可以轻松把这张轨道图轻松画出来。
这部分内容的工作,只是顺带的而已。
真正需要顾律费不少功夫去弄的,是整个落月阶段各项参数和轨道的设置。
…………
落月阶段,指的是探测器从环月椭圆轨道降落到月球表面的过程。
同样是整个探月计划最核心,难度最高的环节。
在最开始,嫦娥四号探测器应该是在近月点为100公里,远月点为400公里的环月椭圆轨道上进行环月飞行。
然后实施降轨控制,使嫦娥四号探测器进入近月点高度约15公里、远月点高度约100公里的预定月球背面着陆准备轨道。
这只是一个开始。
在嫦娥四号进入着陆准备轨道后,需要在月球背面的近月点进行动力下降。
整个动力下降过程又会分为6个阶段,分别是主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段、缓速下降段。
六个阶段,那就意味着需要六套不同的系统参数。
顾律需要一个个来计算。
这需要相当庞大的计算工作量。
顾律轻叹了口气,活动活动了手指,握紧笔开始工作。
首先,是第一阶段的主减速段。
顾律根据吴征提供数据中的嫦娥四号构型特点,在此基础上建立了小型月球探测器的导航、制导与控制系统简称GNC系统工作模型和质心、姿态动力学模型。
模型中考虑了各个发动机推力偏心、偏斜产生的影响,并考虑了GNC系统离散的工作特性。
然后,对末端水平速度约束条件下的主减速段制导律进行了研究。
利用开普勒轨道的轨道参数与末端运动参数的对应关系,将末端运动参数约束转化为轨道参数约束,从而将轨迹规划问题转化为有限推力变轨问题,进而通过最小二乘修正方法得到制导律。
接下来,对末端高度约束条件下的主减速段制导律进行了研究。
随后,建立制导惯性极坐标系下的动力学方程,将目标约束量作为状态量,使用伪谱法可以方便地求出一些参数的数值。
在此基础上,针对给定发动机的配置,研究了主减速段航程的取值范围,并研究该范围内的轨道特性,以四元数作为参数,并引入偏差四元数,构造拟欧拉角以消除目标姿态的双值性,并利用摄动双积分系统的时间最优控制设计了姿态控制,尝试得出一个最优控制解。
这样,关于主减速段的数据便全部得出来了。
什么时候进入这一阶段,发动力采用多大的动力,推力角度是多少度,制动时间是多久。
这些数值在顾律通过复杂的计算后全部得出。
然而,这是个六个阶段中的第一阶段。
这就用去了顾律一个多小时的时间。
后面还有另外五个阶段,同样是相当的复杂。
“继续肝吧!”
顾律抬头瞅了一眼挂表上的时间,已经是晚上七点多。
顾律没有去吃晚饭的心思,直接磕了一瓶疲劳药剂后,继续开始接着肝。
按照目前这个速度,他恐怕是要通宵了。
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