火星气动捕获预测制导算法研究

发布时间：2020-12-16 03:48

　　制动捕获是火星环绕探测的关键动作,如何耗费更低的推进剂且能够安全、快速地实现捕获是未来大型火星探测任务必须解决的问题之一。气动捕获充分利用了火星大气的减速作用,降低了推进剂需求,缩短了飞行时间,有望顺利解决上述难题。高效、精确、鲁棒性强的制导算法是实施气动捕获的关键。本文以未来的火星取样返回、载人登陆火星等任务为背景,面向工程应用需求,深入研究了基于升力控制、连续阻力控制和离散阻力控制三种不同类型探测器的气动捕获制导策略,提出了相应的解析预测制导算法,并进行仿真分析与验证。研究中通过适当的假设与近似,建立了三自由度质点动力学模型,用于分析探测器在气动捕获过程中的动态特性和解析制导算法推导。为了充分体现大气密度变化对气动捕获制导算法的影响,根据实测数据统计特征,构造了时变大气密度误差模型。通过分析升力和阻力控制模式的控制变量和捕获走廊特征,掌握了气动捕获的运动模态和飞行特性。在基于升力控制的气动捕获制导算法研究中,将气动捕获过程划分为初始进入、平衡滑翔和飞出三个阶段,针对每个阶段的运动特征分别提出了相应的制导策略:在初始进入段,控制饱和现象严重,控制变量保持常值;在平衡滑翔段,通过反馈控... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

刚性钝体构型

３）半刚性可展开钝体构型??半刚性可展开钝体构型在收拢状态时与刚性钝体构型相似，主要区别是增加??了可展开机构，可实现探测器阻力面积的连续可控变化。由于质量的限制，展开??机构需进行最大化减重设计，一般采用杆系结构或充气结构，系统刚度相对较差，??

图１．４半刚性可展开构型??４）柔性充气可展开构型??柔性充气可展开构型是基于充气展开技术发展而来，采用轻质高强柔性材料，??通过充气展开增大探测器阻力面积。见图１．５。一般来说，柔性充气结构的展开??过程是不可逆，即展开后无法重新收拢，只能分离或者再次展开其它充气结构，??因此阻力面积的变化是离散且有限的，对制导和控制系统提出了更严苛的要求。??另外，气动减速段探测器会经历气动加热过程，柔性材料必须能够经受气动加热??的考验，这对柔性材料也是严峻的考验［１８－２１］。??

【参考文献】：
期刊论文
[1]火星稀薄大气动态误差对制动降轨的影响[J]. 方宝东,吴美平,张伟.  国防科技大学学报. 2016(05)
[2]一种适用于金星气动捕获的预测制导算法[J]. 方宝东,吴美平,张伟.  中国惯性技术学报. 2015(01)
[3]一种火星大气密度三维解析模型[J]. 秦同,王硕,高艾,朱圣英,崔平远.  深空探测学报. 2014(02)
[4]基于在线气动参数修正的预测制导方法[J]. 梁子璇,任章.  北京航空航天大学学报. 2013(07)
[5]旋转大气下火星探测器轨道捕获[J]. 吕敬,张明明,龚胜平.  北京航空航天大学学报. 2013(03)
[6]精确动力学模型下的火星探测轨道设计[J]. 陈杨,赵国强,宝音贺西,李俊峰.  中国空间科学技术. 2011(01)
[7]行星探测中的大气制动技术研究进展[J]. 韩波,张文普.  力学进展. 2010(06)
[8]一类大气层内超高速飞行器鲁棒控制器设计研究[J]. 佘智勇,马广富.  战术导弹技术. 2010(05)
[9]载人火星任务气动捕获段轨道初步设计[J]. 李桢,李海阳,程文科.  国防科技大学学报. 2010(03)
[10]空间飞行器在火星再入环境下的气动力特性[J]. 程晓丽,李俊红,王强.  宇航学报. 2010(04)



本文编号：2919474