火星探測器全模式飛行的姿態(tài)控制技術研究.pdf

1、隨著“神舟號”飛船的接連升空，探月計劃的順利實施，中國已經進入了太陽系深空探測的時代?；鹦鞘堑厍蜍壍劳鈧鹊牡谝唤?，而且它的許多特征與地球極為相似，所以對火星的探測可以極大地開拓人類生存空間。本文是以中國第一顆火星探測器為背景，著重對其姿態(tài)控制技術展開研究。
　　與傳統(tǒng)對地定向飛行的航天器不同，火星探測器在執(zhí)行任務過程中需要完成對日定向、對地定向以及對火星定向(方便起見，后續(xù)簡稱為對火定向)任務，在此期間涉及到多個定向基準之間的實

2、時轉換，這是本文的第一個研究重點——天體及探測器軌道運算。另外，探測器在軌運行期間需進行一定的探測、開發(fā)和利用空間的任務，為了保證任務的順利完成，對航天器的姿態(tài)提出了各種要求，這就是本文的另一個研究重點——探測器姿態(tài)控制。由此，論文主要研究內容如下：
　　首先，建立了天體及航天器軌道動力學模型。根據地球、火星在J2000.0日心黃道坐標系中的軌道根數，得到地球、火星在日心黃道坐標系中的實時位置矢量；同理根據探測器在J2000.0火

3、心赤道坐標系中的軌道根數，得到探測器在J2000.0火心赤道坐標系中的實時位置矢量；由此實時解算出各定向任務中的目標姿態(tài)，并對其進行了仿真研究。
　　其次，完成了探測器全模式飛行的姿態(tài)控制系統(tǒng)設計。全模式飛行過程主要包括速率阻尼、粗對日定向、精對日定向、對地定向及對火定向等幾個階段。建立了模擬太陽角計數學模型；針對噴氣推力器的特點，設計了非線性的斜開關線控制律，并對其進行了優(yōu)化；完成了探測器穩(wěn)態(tài)飛行階段控制系統(tǒng)設計，對經典的PD控