【技术实现步骤摘要】
不规则小天体表面软着陆可达区求解方法
本专利技术涉及一种可达区求解方法，尤其涉及一种在不规则小天体表面软着陆的可达区求解方法，属于深空探测
技术介绍
随着深空探测技术的不断发展，小天体探测已成为各航天国家和机构的重点发展方向之一。实现软着陆是小天体表面探测及采样返回任务的关键。受燃料限制，探测器在小天体表面通常存在无法着陆的区域；而又因小天体形状不规则、引力场不均匀，探测器可着陆区域也通常会呈现出较为复杂的形状。因此，选定目标着陆点时，需要先获知探测器的可达区。可达区是指探测器在给定初始条件及环境条件下能够到达的所有小天体表面位置的集合，对可达区的求解可以为上述目标着陆点的选定提供依据。目前已有的可达区求解方法主要以地球和火星作为着陆对象。与之相比，小天体特有的不规则形状会导致优化过程中终端约束条件不连续，采用已有方法对小天体表面软着陆可达区进行求解时，存在优化效率低、收敛性差等问题。针对不规则小天体表面软着陆可达区求解问题进行研究，建立适用于不规则小天体的可达区求解方法，并得到给定任务参数下的软着陆可达区...
【技术保护点】
1.不规则小天体表面软着陆可达区求解方法，其特征在于：包括如下步骤，/n步骤一、对小天体表面点数据进行插值得到样点的表面质心距，并通过使其与实际质心距的差为零实现对探测器非定点软着陆终端位置变量的约束；结合其他始末状态约束及路径约束，以燃耗最小为目标函数进行优化求解，得到给定初始状态下的所需最小燃耗及对应的着陆点；当所需最小燃耗小于或等于探测器可用燃耗时，转入步骤二；当所需最小燃耗大于探测器可用燃耗时，探测器无法完成软着陆任务，无可达区；/n步骤二、以步骤一中得到的最小燃耗着陆点所在经度为基准，将可达区的求解划分为基准经度以东和基准经度以西两部分，其中任意一个着陆点与北极点...
【技术特征摘要】
1.不规则小天体表面软着陆可达区求解方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一、对小天体表面点数据进行插值得到样点的表面质心距，并通过使其与实际质心距的差为零实现对探测器非定点软着陆终端位置变量的约束；结合其他始末状态约束及路径约束，以燃耗最小为目标函数进行优化求解，得到给定初始状态下的所需最小燃耗及对应的着陆点；当所需最小燃耗小于或等于探测器可用燃耗时，转入步骤二；当所需最小燃耗大于探测器可用燃耗时，探测器无法完成软着陆任务，无可达区；
步骤二、以步骤一中得到的最小燃耗着陆点所在经度为基准，将可达区的求解划分为基准经度以东和基准经度以西两部分，其中任意一个着陆点与北极点在最小燃耗着陆点处形成的夹角均在[0,π]；为将可达区边界求解问题转化为固定角度下的最远距离求解，在[0,π]中取多个固定角度作为求解方向；
步骤三、在有限燃耗条件下，探测器实际上难以实现在小天体背面软着陆，因此仅考虑在初始点一侧着陆的情况；在步骤二中给出的每个求解方向上，着陆点距离远近由实际着陆点与最小燃耗着陆点所夹质心角度的大小表示，而所需最小燃耗随该质心角的增大而单调递增，因此最远距离求解可转化为给定燃耗条件下的零点搜索问题；通过连接最远着陆点为可达区边界，得到小天体探测器软着陆可达区。
2.如权利要求1所述的不规则小天体表面软着陆可达区求解方法，其特征在于：步骤一的具体实现方法为，
首先以小天体的质量中心为坐标原点O建立小天体固连坐标系OXYZ，以最大惯量轴即小天体自旋轴方向为Z轴，最小惯量轴方向为X轴，Y轴与X轴、Z轴共同构成右手坐标系；定义探测器状态变量
其中，x、y、z为探测器三轴位置；为探测器三轴速度；m为探测器质量；在球坐标系下，探测器三轴位置可用质心距r、纬度θ、经度表示；
基于已知的小天体表面点数据得到关于各表面点球坐标的映射关系
由于小天体形状不规则，上述关系难以得到解析表达；为此，采用插值法得到小天体表面质心距rd与自变量相关的插值函数
其中，θ为样点纬度，为样点经度；定义实际质心距与表面质心距差值为相对质心距re，则探测器终端位置约束
其中，tf为终端时刻，rdf为终端时刻探测器所在经纬度对应的表面质心距；以燃耗最小为目标函数，并结合动力学约束、初始状态约束、终端状态约束及路径约束，得到优化问题的模型
其中，为探测器动力学方程式；T为探测器三轴推力矢量；Tmax为最大推力；t0为初始时刻；X0为探测器初始状态；
采用高斯伪谱法求解上述最小燃耗优化问题，得到给定初始状态下所需最小燃耗Δmre及对应的着陆点...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁子璇，黄美伊，崔平远，朱圣英，徐瑞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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