《探月飛船跳躍式返回再入預測-校正制導方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由張洪波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：探月飛船跳躍式返回再入預測-校正制導方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張洪波
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
跳躍式返回再入技術是開展月球、火星取樣返回，載人登月等深空探測任務必不可少的技術手段，屬於高動態、快時變、複雜力學與熱學環境下的運動體控制問題，理論性強，技術難度大。本項目將針對其預測-校正制導算法中的若干關鍵問題開展研究。.飛船再入過程中的能量變化規律是深刻把握飛船運動特性的關鍵，也是確定製導算法中最優傾側角剖面的前提，因此項目首先對此開展研究；其次研究解析計算輔助下的快速數值預測-校正制導算法，綜合解析法與數值法的優勢，改進純數值預測-校正計算量大、魯棒性差的不足；再者，研究考慮飛船滾轉動態特性的側向制導算法，解決由於傾側角符號翻轉引起的縱向與側向通道耦合問題；最後，研究飛船氣動係數和大氣密度參數聯合辨識、初次再入下降段的能量管理等關鍵問題，提高制導算法的精度和魯棒性。.項目研究能為我國開展深空探測返回再入任務提供理論基礎和技術支持，也可為高超聲速飛行器制導問題提供借鑑。
結題摘要
跳躍式返回再入主要套用於月球、火星取樣返回，載人登月等深空探測任務，屬於高動態、快時變、複雜力學與熱學環境下的運動體控制問題。本項目主要針對跳躍式再入預測-校正制導算法開展研究，包括：飛船再入過程中能量變化規律分析，解析計算輔助下的快速數值預測-校正制導算法，考慮飛船滾轉動態特性的側向制導算法，飛船氣動係數和大氣密度參數聯合辨識，初次再入下降段的能量管理方法等關鍵問題。 項目的主要研究進展為： (1) 建立了飛船的六自由度運動模型，設計了飛船的姿態控制方法；考慮航程、過載、躍起點高度、傾側角幅值等約束條件，設計了滿足要求的標準彈道；考慮初始條件、大氣密度、氣動係數等誤差因素，分析了躍起點能量的變化規律，發現躍起點機械能是決定後續彈道特性的關鍵參數。 (2) 基於飛行器再入運動方程的Loh二階解析解，分析了飛船的速度、當地速度傾角隨高度的變化規律，設計了擬合公式；設計了解析計算輔助下的快速數值預測-校正制導算法，根據再入點的偏差線上解析擬合標準軌跡，與預測-校正制導算法組合，快速得到制導指令。 (3) 分析了再入過程中縱橫向耦合的原因，側向採用預測制導方案時，提出了預報動態翻轉過程、推遲預報開始時刻兩種側向制導改進策略；側向採用漏斗控制方案時，從受力分解的角度詳細分析了飛船側向運動的規律，提出了一次再入控制出口橫程變化率、二次再入控制橫程的拼接漏斗控制方案。 (4) 採用低通濾波器，設計了氣動係數誤差與大氣密度誤差聯合辨識的線上辨識策略，提高了制導的精度；針對大氣密度誤差為非常值偏差的情況，設計了按常值誤差辨識、一次再入下降段不辨識僅建立誤差模型、一次再入下降段按常值辨識並建立模型三種辨識策略，得到第三種策略效果最佳的結論。 (5) 將一次再入段分為初始再入段、能量管理段和躍起過渡段，分析了各階段的運動特性；根據能量耗散方程設計了能量管理策略，控制飛船的能量耗散速率和能量耗散量，並實時預估躍起點處的能量值，確定退出能量管理的時機，得到了考慮飛船能量管理的再入制導律。 綜合運用本項目所提的各種策略，可達到縱程誤差小於8km，橫程誤差小於3km的開傘點精度。 本項目研究過程中，共發表學術論文7篇，其中SCI檢索3篇，EI檢索3篇，申請專利2項，授權1項。通過本項目的研究，加深了對跳躍式返回再入運動特性的掌握，提高了制導算法的精度和魯棒性，能為我國開展相關任務提供理論基礎和
