[发明专利]一种小天体表面移动探测制导方法

说明书

本发明公开的一种小天体表面移动探测制导方法，属于航天航空领域。本发明实现方法如下：首先基于抛物运动设计初始速度脉冲，使探测器以弹跳的方式向中间路径点或终端目标点移动；然后设计一阶滑模面，实现对探测器目标状态的定义。设计二阶滑模面，实现对一阶滑模面的跟踪，并利用二阶滑模面推导制导加速度的解析表达式；利用得到的制导加速度即实现探测器单次弹跳的精确转移；当着陆点不为终端目标点时，重复上述单次弹跳精确转移，当通过上述多次弹跳精确转移至终端目标点时，即完成探测器在小天体表面精确转移至终端目标点。本发明能够提高小天体表面弹跳移动探测制导方法控制精度，并提高制导方法的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种小天体表面移动探测制导方法，属于航天航空领域。

背景技术

小天体探测是深空探测的重要组成部分，在小天体表面科学价值较高的区域开展采样、拍照、地质分析等探测活动，可以帮助人类获取更加丰富有效的科学信息，以提升对小天体的认知。为了能够成功完成小天体的表面探测任务，要求探测器具备较高的自主移动能力，以实现定点精确移动。相比于大的行星天体，小天体具有体积小、质量轻等特点，这导致其引力场异常微弱，在这种引力场环境下，传统的轮式探测器不再适用。小天体表面探测器通常采用弹跳式移动策略，针对这种表面移动方式，需要开发新的制导方法，以实现探测器在小天体表面的精确弹跳移动。

在已发展的小天体表面移动探测制导方法研制中，在先技术[1](参见BelleroseJ,Scheeres D J.Dynamics and Control for Surface Exploration of Small Bodies[C].AIAA/AAS 2008Astrodynamics Specialist Conference,Honolulu,Hawaii,Aug.18-21,2008:AIAA 2008-6251.)针对小天体表面弹跳移动问题，基于抛物运动模型设计了制导算法，但是该方法基于简化运动模型，因此控制精度较差。

在先技术[2](参见Shen H,Zhang T,Li Z,Li H.Multiple-HoppingTrajectories Near a Rotating Asteroid[J].Astrophysics and Space Science,2017,362:45.)运用粒子群优化算法研究了弹跳式探测器在小天体表面移动的轨迹优化问题，该方法虽然采用了精确动力学模型，但基于优化方法进行推力设计是一种开环思想，受外部干扰和不确知动力学特性影响较大。为提高探测器在小天体表面弹跳移动的控制精度，需要研究提出基于精确动力学模型的鲁棒制导方法。

发明内容

本发明公开的一种小天体表面移动探测制导方法，要解决的技术问题是提高小天体表面弹跳移动探测制导方法控制精度，并提高制导算法的鲁棒性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种小天体表面移动探测制导方法，首先基于抛物运动设计初始速度脉冲，使探测器以弹跳的方式向中间路径点或终端目标点移动。然后设计一阶滑模面，实现对探测器目标状态的定义。设计二阶滑模面，实现对一阶滑模面的跟踪，并利用二阶滑模面推导制导加速度的解析表达式。利用得到的制导加速度即实现探测器单次弹跳的精确转移。当着陆点不为终端目标点时，重复上述单次弹跳精确转移，当通过上述多次弹跳精确转移至终端目标点时，即完成探测器在小天体表面精确转移至终端目标点。

所述的利用二阶滑模面推导制导加速度的解析表达式为：

本发明公开的一种小天体表面移动探测制导方法，包括以下步骤：

步骤一、确定初始速度v_i。

定义R为起始点指向单次弹跳目标点的矢量，那么R方向的单位矢量为：