[发明专利]一种探测器着陆试验初始飞行状态的模拟方法及装置

说明书

本发明提供一种探测器着陆试验初始飞行状态的模拟方法及装置，其中装置包括压紧杆、塔架、万向吊具以及吊绳，方法包含试验起始点的设定和探测器对应飞行参数的模拟，并给出了试验中关键控制参数的设定规则，能够在着陆验证试验中设定合理的起始点并准确模拟探测器对应飞行状态参数和工作模式，能够保证试验中探测器顺利转入后续的着陆飞行，实现对其着陆过程进行综合验证的目的；本发明尤其适用于月球、火星及其他小行星探测器的着陆验证，确保对探测器真实着陆飞行过程模拟的正确性和有效性，填补了我国空间探测器着陆试验的一项技术空白。

技术领域

本发明属于深空探测领域，尤其涉及一种探测器着陆试验初始飞行状态的模拟方法及装置。

背景技术

随着我国深空探测领域的不断拓展，在实施月球探测工程的同时即将开展针对火星、小行星等目标的科学探测，空间探测器的类型将不断丰富、其数量也会不断增加。由于距离远、飞行事件密集等原因，探测器在地外天体表面着陆的环节中无法及时获得地面的支持，只能依靠探测器自主完成着陆任务。探测器的着陆过程不可逆，面临较多的不确定因素，是一项难度大、风险高的任务，空间探测的实践表明探测器地外天体着陆的成功率尚不足50％，因此为提高着陆的可靠性，探测器研制过程中需要在地面开展充分的验证试验，着陆试验将越来越普及。

复现探测器地外天体表面的着陆飞行过程是地面试验的基本要求，试验的实施涉及两个核心技术问题：其一，低重力环境模拟，即在地面条件下模拟探测器真实着陆过程的受力特征；其二，探测器初始飞行状态模拟，即设置探测器的初始高度、姿态、速度、加速度和工作模式，使各参数与真实状态相同，作为试验的起始点以保证探测器后续的飞行与真实着陆过程一致。针对第一个问题可采用“拉力平衡法”进行解决，在美国“阿波罗”及我国“嫦娥”系列探测器地面试验中均采用该方法对探测器月面的受力状态进行了模拟。但由于着陆过程中探测器始终处于复杂的运动状态，飞行参数较多，地面试验中起始点的设定及探测器对应飞行状态的模拟存在很大的难度，即针对第二个问题之前尚没有一种有效的解决方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种探测器着陆试验初始飞行状态的模拟方法及装置，能够确定地面试验的起始点并同时模拟探测器的飞行参数及工作模式。

一种探测器着陆试验初始飞行状态的模拟方法，其中，待模拟的初始飞行状态包括起始时刻t₀、探测器距离地面的高度h₀、探测器的方位角θ₀、探测器的俯仰角探测器向下运动的速度v₀以及探测器向下运动的加速度a₀，所述模拟方法包括以下步骤：

S1：采用长度可调的压紧杆实现探测器与试验平台的对接；

S2：采用吊绳为探测器提供竖直向上的初始拉力F₀，并通过调节压紧杆的长度，使得探测器的方位角为θ₀，俯仰角为再通过线缆将探测器与试验平台整体提升至初始试验高度h₁，其中，h₁＝h₀+0.5a₀×(v₀/a₀)²，F₀＝mg+f，m为探测器的质量，g为地球表面的重力加速度，f为探测器与压紧杆之间的预紧力；

S3：探测器的发动机点火并输出初始推力T₀，其中，T₀＝mg-F-ma₀，F为设定的恒拉力，且满足F＝m(g-g*)，g*为地外天体表面的重力加速度；

S4：将吊绳为探测器提供的拉力由F₀跳变为F，并将压紧杆脱离探测器，使得探测器受到的合力方向向下，并以a₀的加速度向下运动；