[发明专利]一种探月飞船跳跃式再入的跃起点能量管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及制导控制技术领域,特别是一种探月飞船跳跃式再入的跃起点能量管理方法。

背景技术

探月飞船返回再入地球时，到达大气层边界的初始状态与近地航天器返回有很大不同，最明显的特征是探月飞船的再入速度更大，达到11km/s，而近地航天器的再入速度一般约为7.8km/s。为满足再入过程中的热流密度、过载等约束条件，同时增大再入航程，提高再入的安全性与灵活性，探月飞船多采用跳跃式再入方式，如美国的“阿波罗”飞船、成员探测飞行器（CEV）等。

与直接式再入相比，跳跃式再入的过程更加复杂，制导控制的难度更大。根据跳跃式再入过程中高度的变化，可以将整个过程分为三段：一次再入段、大气层外的开普勒段和二次再入段（附图1）。研究表明，跃起点处的能量对再入弹道特性有着决定性的影响。首先，由于飞船再入速度接近第二宇宙速度，因此在一次再入段必须耗散过剩的能量，确保飞船的大气捕获；其次，由于飞船的升阻比较小，控制能力较弱，跃起后的能量过剩或不足都可能导致后续航程偏差无法修正，致使落点偏差过大。因此，对探月飞船跃起点的能量进行精细管理是十分必要的。

在“阿波罗”飞船的再入制导方法中，在跃起点前采用常数阻力段实施能量管理，同时解析预测跃起点应保留的能量值，直到将能量耗散到预留值附近。由于预测过程中采用了解析公式，因此难以实现能量的精细管理，方法的航程适用范围有限。喷气推进实验室（JPL）针对CEV飞行器的任务，在“阿波罗”制导方法的基础上用数值预测代替解析预测，从而能更准确的得到跃起点处需要的能量值，提高了制导方法的精确性和航程适用性。但数值预测对船载计算机的性能要求较高，目前还未在在工程实践中得到应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种探月飞船跳跃式再入的跃起点能量管理方法，对跃起点处的能量实施精细管理，从而提高探月飞船大气捕获的概率，为后续航程预留合适的能量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种探月飞船跳跃式再入的跃起点能量管理方法，该方法为：

1）探月飞船再入大气层前，令一次再入段的倾侧角为常数，设计满足航程约束、过程约束和终端约束的标称轨道，并存储以下参数：一次再入段探月飞船的速度值及该速度值对应的阻力加速度值、升力加速度值及标称倾侧角值ν_std，跃起点的标称能量值E_std；设定探月飞船的气动过载值n_set；

2）从探月飞船的再入点起，控制探月飞船按允许的最大倾侧角ν_max飞行，判断探月飞船的气动过载值n是否大于预先设定的气动过载值n_set；若是，则设定期望的探月飞船能量耗散速率C_E、阻力加速度比例因子初值和升阻比比例因子初值进入步骤3）；否则，进入步骤11）；其中，C_E为常数；

3）测量得到探月飞船的视加速度根据惯性导航原理得到探月飞船当前时刻的飞行速度地心距水平高度和高度变化率由计算得到探月飞船阻力加速度的测量值和升力加速度的测量值从而得到升阻比的测量值(LD)m[k]=Lm[k]Dm[k];]]>