基于LGL伪光谱—SQP算法的嫦娥三号月球软着陆轨道最优化设计

刘怡+武红芳

摘 要：论文主要研究嫦娥三号的软着陆过程。根据万有引力与能量守恒定律得到嫦娥三号在近月点和远月点速度的大小与方向，根据牛顿运动定律，求出近月点与远月点的位置，建立三维动力学模型，利用LGL伪光谱-SQP算法将问题转化为非线性规划问题，进一步优化得出结论。

关键词：万有引力定律 三维动力学 LGL伪光谱 SQP算法

中图分类号：V412 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0189-02

嫦娥三号于2013年12月2日1时30分成功发射，12月6日抵达月球轨道，它在着陆准备轨道上的运行质量为2.4t，其安装在下部的主减速发动机能够产生1500N-7500N的可调节推力，其比冲（即单位质量的推进剂产生的推力）为2940m/s，可以满足调整速度的控制要求。四周安装有姿态调整发动机，在给定主减速发动机的推力方向后，能够自动通过多个发动机的脉冲组合实现各种姿态的调整控制。其预定着陆点为19.51W，44.12N，海拔为-2641m，在高速飞行的情况下，要保证准确地在月球预定区域内实现软着陆，关键问题是着陆轨道与控制策略的设计，基本要求为：着陆准备轨道为近月点15km，远月点100km的椭圆形轨道；着陆轨道为从近月点至着陆点，其软着陆过程共分为6个阶段，要求满足每个阶段在关键点所处的状态；尽量减少软着陆过程的燃料消耗。