第三百七十三章 落月【求訂閱!】

顧律先一步運算的是嫦娥四號探測器的運行軌道。

因爲這個相對來說較爲簡單。

打開電腦上的MATLIB,顧律開始緊張忙碌的工作。

嫦娥四號探測器的軌道可以被簡單分爲三部分。

第一部分是地月轉移階段。

這一階段是在地球上,將嫦娥四號探測器由長征運載火箭發射升空,使探測器離開地球軌道,向月球飛行,實現地月轉移。

顧律錄入了一系列的參數,很快的得出了嫦娥四號探測器在這一階段的運行軌道。

接着,便是探測器不斷向月球附近運行。

當探測器抵達預定軌道後,完成近月制動。

所謂的近月制動,就是給在地月轉移軌道高速飛行的衛星減緩速度,完成“太空剎車減速”,建立正常姿態,被月球的引力所吸引,進行環月飛行。

因爲當探測器飛行到月球附近時,它相對月球的速度要大於月球2.38公里/秒的逃逸速度,如果不減速,探測器將飛離月球。

要實現繞月飛行的話,必須進行制動,要剎一下車,將飛行速度降低到月球逃逸速度以內,從而被月球引力捕獲。

近月制動是衛星或探測器飛行過程中最關鍵的一次軌道控制。

這一部分需要顧律做的東西,就要比地月轉移階段要麻煩很多。

第一點,就是顧律必須要確定在近月制動過程中制動量的多少。

雖然說,制動量過小的話,探測器會直接飛離月球。

但一旦制動量過大的話,那後果會更加嚴重。

因爲探測器會直接撞擊向月球!

所以,需要顧律去準確的衡量好其中的一個度。

幸好,他們這個項目是嫦娥四號探月項目,而不是嫦娥一號。

顧律有很多經驗可以借鑑。

顧律抽過一摞草稿紙,在上面寫寫畫畫。

得出一串數據後,顧律利用MATLIB建立模型模擬。

而後,顧律得出一個結果。

“7500N發動機!”

顧律在草稿紙上將這個數字圈起來。

在顧律的縝密計算後,得出整個近月制動的全過程:

在嫦娥四號探測器距離月球850公里時,開始近月制動。

近月制動採用7500N變推力發動機。

近月制動過程將持續290秒。

制動完成後,嫦娥四號探測器將被月球捕獲,成功進入100km*400km環月橢圓軌道。

這就是整個近月制動的過程。

這一過程並不複雜,簡單來說就是將探測器減速並推進預設軌道。

顧律在電腦上模擬了一遍,將整個軌道圖繪製下來。

第三個階段,繞月飛行。

繞月飛行環節是最簡單的一個部分,指的是嫦娥四號探測器在環繞100km*400km環月橢圓軌道運行的過程。

該環月橢圓軌道的近月點是100公里,遠月點是400公里。

只需要明確這兩個數據,繪製簡單的軌道圖就OK了。

這部分工作簡單到只要稍微有點高中物理基礎的人都可以輕鬆做到。

那麼,到目前爲止,顧律第一大部分的工作算是基本完成了。

嫦娥四號探測器從地球升空後,直至進入環月橢圓軌道,整個的運行軌道被顧律輕鬆繪製出來。

其實,這部分的工作根本不需要出手。

吳徵隨便找個數學家,甚至找個稍微懂點物理的博士生過來,都可以輕鬆把這張軌道圖輕鬆畫出來。

這部分內容的工作,只是順帶的而已。

真正需要顧律費不少功夫去弄的,是整個落月階段各項參數和軌道的設置。

…………

落月階段,指的是探測器從環月橢圓軌道降落到月球表面的過程。

同樣是整個探月計劃最核心,難度最高的環節。

在最開始,嫦娥四號探測器應該是在近月點爲100公里,遠月點爲400公里的環月橢圓軌道上進行環月飛行。

然後實施降軌控制,使嫦娥四號探測器進入近月點高度約15公里、遠月點高度約100公里的預定月球背面着陸準備軌道。

這只是一個開始。

在嫦娥四號進入着陸準備軌道後,需要在月球背面的近月點進行動力下降。

整個動力下降過程又會分爲6個階段,分別是主減速段、快速調整段、接近段、懸停段、避障段、緩速下降段。

六個階段,那就意味着需要六套不同的系統參數。

顧律需要一個個來計算。

這需要相當龐大的計算工作量。

顧律輕嘆了口氣,活動活動了手指,握緊筆開始工作。

首先,是第一階段的主減速段。

顧律根據吳徵提供數據中的嫦娥四號構型特點,在此基礎上建立了小型月球探測器的導航、制導與控制系統(簡稱GNC系統)工作模型和質心、姿態動力學模型。

模型中考慮了各個發動機推力偏心、偏斜產生的影響,並考慮了GNC系統離散的工作特性。

然後,對末端水平速度約束條件下的主減速段制導律進行了研究。

利用開普勒軌道的軌道參數與末端運動參數的對應關係,將末端運動參數約束轉化爲軌道參數約束,從而將軌跡規劃問題轉化爲有限推力變軌問題,進而通過最小二乘修正方法得到制導律。

接下來,對末端高度約束條件下的主減速段制導律進行了研究。

隨後,建立制導慣性極座標系下的動力學方程,將目標約束量作爲狀態量,使用僞譜法可以方便地求出一些參數的數值。

在此基礎上,針對給定發動機的配置,研究了主減速段航程的取值範圍,並研究該範圍內的軌道特性,以四元數作爲參數,並引入偏差四元數,構造擬歐拉角以消除目標姿態的雙值性,並利用攝動雙積分系統的時間最優控制設計了姿態控制,嘗試得出一個最優控制解。

這樣,關於主減速段的數據便全部得出來了。

什麼時候進入這一階段,發動力採用多大的動力,推力角度是多少度,制動時間是多久。

這些數值在顧律通過複雜的計算後全部得出。

然而,這是個六個階段中的第一階段。

這就用去了顧律一個多小時的時間。

後面還有另外五個階段,同樣是相當的複雜。

“繼續肝吧!”

顧律擡頭瞅了一眼掛錶上的時間,已經是晚上七點多。

顧律沒有去吃晚飯的心思,直接磕了一瓶疲勞藥劑後,繼續開始接着肝。

按照目前這個速度,他恐怕是要通宵了。

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