2014年高教社杯A题《嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略》全国一等奖优秀论文

椭圆轨道的近月点即在月球北极点正上方，进而可以得到近月点位置；同时，远月点位置与近月点位置相对应，也可得出其经纬度。

确定近月点和远月点位置后，利用开普勒第三定律，可求得嫦娥三号在位于这两点时的速度大小，结合其运动方向，可以确定在这两点的速度。 2.2问题二的分析

题目要求确定嫦娥三号的着陆轨道，但由第(1)问只能得到近月点的位置，而动力下降并不一定在近月点进行，因此需要求出着陆轨道起始的具体位置。但是仅制动初始点到月心的距离为已知，这里，我们采用参数化控制[2]的方法，求解最优着陆轨道。

在主减速阶段，该阶段燃料消耗很大，以减少燃料消耗为目的建立控制模型，利用

Matlab编程，通过计算机仿真运算，利用参数化控制，可以得到总耗时647.8s，落地时，

燃料消耗量为1.137t，仿真结果为着陆器能精确到达目的点。同时得到初始点经纬坐标

19.27W,30.12N 。

对于快速调整阶段，主要是进行姿态调整控制其接近垂直下降。

对于粗避障阶段，我们知道粗避障的目的是对下一阶段精避障进行条件较为宽松的筛选，由于精避障阶段拍照范围为100m 100m，因此，这里采用拍摄到的高程图，其统计学的数字特征进行筛选，选出一个范围为100m 100m的区域进行精避障操作。

对于精避障阶段，考虑到嫦娥三号着陆器5个地点、5个角度的“互拍”任务[3]，因此需要选出一块30m 12m的区域进行精避障。

对于缓速下降和自由落体状态，简化为一维垂直下降模型。 2.3问题三的分析

主要考虑了发动机推力大小及方向的变化对着陆精度影响，以及地球引力对探测器影响进行了敏感度分析，用Matlab进行了初步仿真分析。

三、 模型假设

1.嫦娥三号的极月轨道与目标点 19.51W,44.12N 处于同一轨道平面上 2.地球引力对探测器没有影响

3.初始时刻月固坐标系与惯性坐标系重合 4.月球近似为一质量分布均匀的球体 5.探测器在软着陆过程中不受陨石的干扰