[發明專利]一種月球采樣返回任務中的定點著陸軌道設計方法

在審

• 申請號: 202110545890.4
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113311854A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 汪中生;孟占峰;高珊;彭兢
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種月球采樣返回任務中的定點著陸軌道設計方法，其特征在于，包括：

步驟1.在每一地月轉移中途修正中，采用變軌速度增量三分量瞄準預定近月點傾角、近月點高度和真近點角，其中，所述真近點角的取值為0度；

步驟2.對于一個具體的近月點傾角數值，依次計算地月轉移、近月制動、軌道器調相、環月降軌、動力下降軌道，得到月面落點經緯度和軌道器軌道參數，并計算在預定時間實施月面上升時月面落點月心位置矢量和軌道器軌道法向的夾角；其中，在進行近月制動計算時，引入近月制動速度增量法向分量，其初值為0或根據公式計算，對應的有限推力計算中為引入推力偏航角，偏航角初值為0；

步驟3.調整地月轉移近月點傾角的目標值和近月制動速度增量法向分量，重復步驟1和步驟2，并應用2對2微分修正計算來瞄準預定月面落點經度、所述月面上升時月面落點月心位置矢量和所述軌道器軌道法向的夾角，所述夾角的取值為90度；

步驟4.完成地月轉移后，實施近月制動時，通過1對1微分修正來調整近月制動速度增量法向分量，瞄準預定月面落點經度；

步驟5.完成近月制動后，實施環月降軌時，增加速度增量法向分量，對應的有限推力計算中為引入推力偏航角，并聯合變軌緯度幅角和變軌速度增量橫向分量，或聯合變軌速度增量橫向和徑向分量，通過3對3微分修正來瞄準預定落點經度、落點緯度和動力下降起始點高度；

步驟6.完成環月降軌后，在實施動力下降前，在預報的近月點時刻_±1分鐘內對動力下降開始點時刻進行線性調整，對每個調整后的動力下降開始點時刻數值，進行動力下降試算，直到計算所得月面落點離目標月面落點月面距離取得最小值，并根據最后一次調整后的動力下降開始點時刻執行動力下降，實現月面軟著陸。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，對于一個具體的近月點傾角數值，依次計算地月轉移、近月制動、軌道器調相、環月降軌、動力下降軌道，得到月面落點經緯度和軌道器軌道參數，并計算在預定時間實施月面上升時月面落點月心位置矢量和軌道器軌道法向的夾角，包括：

若設計近月制動次數為兩次，則兩次近月制動的法向速度增量或推力方向偏航角取值相同；在進行環月降軌計算時，采用變軌位置緯度幅角和變軌速度增量橫向分量或速度反方向的變軌速度增量大小，或采用速度增量橫向和徑向分量，通過微分修正計算來瞄準預定的落點緯度和動力下降起始點高度，其中，動力下降起始點高度的取值為15km。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，完成地月轉移后，實施近月制動時，通過1對1微分修正來調整近月制動速度增量法向分量，瞄準預定月面落點經度，包括：

對于近月制動速度增量法向分量的每次迭代取值，依次計算近月制動、環月降軌、動力下降軌道，得到月面落點經度；其中，在進行環月降軌計算時，采用變軌緯度幅角和變軌速度增量橫向分量，或采用速度增量橫向和徑向分量，通過微分修正計算來瞄準預定落點緯度和動力下降起始點高度。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，完成近月制動后，實施環月降軌時，增加速度增量法向分量，對應的有限推力計算中為引入推力偏航角，包括：

如果環月降軌包含兩次變軌，則兩次變軌的推力方向偏航角取值相同。