[发明专利]一种月球着陆起飞控制系统的闭环验证系统及方法

说明书

本发明涉及一种月球着陆起飞控制系统的闭环验证系统及方法，特别涉及一种含有变推力发动机的月球着陆起飞控制系统闭环验证系统及方法，属于航天器地面验证技术领域。该方法通过数字模拟和实物模拟两种工作方式对姿轨控发动机进行模拟，由动力学计算机对发动机信号进行采集，实现月球着陆起飞过程中动力学驱动，并向星上设备提供位姿信息，从而实现闭环；两种工作方式可根据地面验证需要进行切换。探月三期着上组合体GNC子系统地面验证时采用该闭环验证方法，在系统闭环验证中起到良好效果；并在系统故障识别、回归测试、快速验证、问题查找与定位过程中起到重要作用，提高了地面验证的真实性、充分性及测试效率。

技术领域

本发明涉及一种月球着陆起飞控制系统的闭环验证系统及方法，特别涉及一种含有变推力发动机的月球着陆起飞控制系统闭环验证系统及方法，属于航天器地面验证技术领域。

背景技术

按照探月三期任务要求，着陆上升组合体将在月面软着陆，进行月球自动采样后，上升器以着陆器为平台起飞返回环月轨道与轨返组合体(轨道器与返回器)交会，完成样品转移。为完成任务，在着上组合体GNC子系统中，共配置三类发动机，分别是常推力姿控发动机、3000N轨控发动机和7500N变推力发动机；其中3000N轨控发动机主要用于上升器起飞过程，7500N变推力发动机主要用于软着陆过程。在轨飞行时，GNC子系统控制计算机由导航敏感器获取姿轨信息，根据星上算法计算所需控制量，并对控制量进行分配，通过RS422串口向推进线路盒发送控制指令，再由推进线路盒控制姿轨控发动机开关及变推力发动机推力调节，从而实现组合体控制。

在传统航天器控制系统地面闭环验证时，主要通过控制系统专用地面测试设备搭建测试环境方式进行验证，以实现对分系统内外接口、星上导航制导控制算法、软件实现、系统时序的全面验证。对于含有姿轨控发动机的控制系统，闭环验证时主要采用数字方式对执行机构进行模拟，实现途径有两种，一种通过地面测试设备串口卡采集控制计算机串口指令，对星上控制指令进行解析，再由动力学计算机进行处理，产生动力学激励，由此进行闭环验证；另一种则是通过地面设备并口直接采集控制计算机发出的阀门驱动脉宽，再由动力学计算机进行动力学激励，同样实现闭环。

着上组合体GNC子系统与传统航天器控制系统相比除具备姿控和轨控功能外还需具备月面软着陆和月面起飞能力，因此又配备了7500N变推力轨控发动机用于软着陆、3000N轨控发动机用于起飞；同时，由于软着陆和月面起飞模式对GNC子系统实时性要求极高，因此对地面闭环验证真实性要求大大提升。对于着上组合体GNC子系统，传统闭环验证方法面临如下新问题：

(1)传统闭环验证方法，仅能对推力器喷气时长进行模拟，不能对变推力发动机推力大小进行模拟，无法实现月球软着陆过程的闭环验证；

(2)通过串口或是并口脉冲采集方法对推力器模拟时，主要通过数字方式对发动机推力大小、响应特性进行模拟，但这种方法与真实产品的通信时序、动作响应时间、推力建立时间、阀门动作特性等设计状态存在较大差异，地面验证的真实性和可信度较差，对于控制系统验证不充分；

(3)在传统验证方法，验证模式单一，不能根据不同验证需求进行选择，对于验证的充分性、快速性等不能统筹兼顾，验证效率及效果较差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种月球着陆起飞控制系统的闭环验证系统及方法。

本发明的技术解决方案是：

一种月球着陆起飞控制系统的闭环验证系统，所述的控制系统包括着陆控制系统和起飞控制系统；

所述的着陆控制系统用于控制着上组合体在月球上进行软着陆；

所述的起飞控制系统用于控制上升器从月面进行起飞上升；

所述的闭环验证系统包括数字闭环验证系统和实物闭环验证系统；所述的闭环验证系统中的数字闭环验证系统和实物闭环验证系统之间能够通过上位机进行切换；