第三百七十三章 落月【求订阅！】
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matlib，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matlib建立模型模拟。 而后，顾律得出一个结果。 “7500n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7500n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100km*400km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100km*400km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。