[发明专利]一种软着陆试验中探测器受力状态模拟方法

说明书

本发明提供一种软着陆试验中探测器受力状态模拟方法，通过探测器软着陆试验中不同受力状态下探测器发动机推力T_x与探测器向下、向上的模拟加速度a′_下、a′_上，确定同时满足探测器受力状态模拟要求，即4个不等式的吊绳拉力及探测器参试质量，然后利用吊绳拉力辅助，依靠发动机推力调节控制使得探测器受力状态与真实软着陆过程一致，从而精确模拟探测器在竖直方向上所受合力的大小和方向会不断变化的软着陆过程，使得本发明能够应用于月球探测器、火星探测器等其他行星表面的地面软着陆验证试验。

技术领域

本发明属于深空探测领域，尤其涉及一种软着陆试验中探测器受力状态模拟方法。

背景技术

随着深空探测领域的拓展，开展月球、火星、小行星等天体表面的着陆探测是探测技术发展的必然历程，深空探测器需具备自主制导导航与控制的能力，这是探测器完成软着陆任务的核心设计要素。由于软着陆飞行任务重要、控制复杂、过程不可逆、可靠性要求高，探测器研制过程中需要开展地面的验证试验。地面条件下重力及大气环境与其他天体表面不同，仅依靠探测器自身发动机的推力无法飞行，更无法验证探测器的制导导航与控制，但地面试验中只要使探测器的受力状态与真实软着陆状态相同就能够模拟探测器的飞行速度、高度等运动参数，从而复现探测器地外天体表面的软着陆过程，受力状态模拟是地面试验的设计核心。

采用吊绳为探测器提供一个恒定的拉力，平衡其部分重力是实现探测器受力模拟的常用的途径。但该方法主要用于竖直方向加速度为零的静态受力模拟，软着陆试验中为验证控制能力需要探测器发动机点火工作，并需按真实的控制律实时调节推力的大小，以保证探测器飞行参数与真实飞行状态相符。过程中探测器做复杂的变加速度运动，其竖直方向所受合力的大小和方向不断变化；随着推进剂的消耗，探测器所受重力也不断变化；此外探测器运动过程中还受到风阻、风载、拉力控制偏差等不确定的干扰作用。因此，常规的恒拉力平衡法不能直接应用于探测器软着陆验证试验。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种软着陆试验中探测器受力状态模拟方法，能够精确模拟探测器在竖直方向上所受合力的大小和方向会不断变化的软着陆过程。

一种软着陆试验中探测器受力状态模拟方法，包括以下步骤：

步骤1：采用吊绳为探测器提供拉力，并获取探测器软着陆试验中不同受力状态下探测器发动机推力T_x与探测器向下的模拟加速度a'_下、向上的模拟加速度a′_上；

其中，所述探测器发动机推力T_x，在探测器处于受力平衡状态下满足如下不等式：

T_x＝mg-F-f≥T_min (1)

T_x＝mg-F-f≤T_max (2)

其中，F为吊绳拉力，f为软着陆试验中探测器受到的干扰力，T_min为软着陆试验中探测器发动机的最小输出推力，T_max为软着陆试验中探测器发动机的最大输出推力，m为探测器参试质量，g为地球重力加速度；

所述探测器向下的模拟加速度a'_下、向上的模拟加速度a'_上，在探测器处于非受力平衡状态下分别满足如下不等式：

a'_下＝(mg-F-T_min-f)/m≥a_下 (3)

a'_上＝(F+T_max+f-mg)/m≥a_上 (4)