[发明专利]一种利用姿态机动的不规则小天体表面着陆误差抑制方法

说明书

本发明公开的一种利用姿态机动的不规则小天体表面着陆误差抑制方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：着陆器根据释放情况预估着陆位置和速度，建立小天体表面坐标系和接触动力学模型，根据约束优化最优着陆姿态；根据当前姿态和最优着陆姿态规划着陆器的姿态运动，通过姿态控制机构控制着陆器满足求解得到的着陆姿态，通过一次或多次姿态机动使探测器与表面接触后法向速度小于阈值，在表面滑动并利用摩擦力停留在小天体表面。本发明通过改变探测器的着陆姿态，从而改变探测器与小天体接触后的速度方向，进而改变着陆回弹轨迹，减少着陆过程中回弹导致的着陆误差，提高小天体表面着陆的可靠性和精度。

技术领域

本发明涉及一种在不规则小天体表面着陆时的误差抑制方法，尤其涉及适用于不规则小天体表面的着陆轨迹误差抑制方法，属于航空航天技术领域。

背景技术

小天体探测是当前深空探测领域的热门话题，小天体具有太阳系形成和演化的丰富信息，同时富含有丰富的矿产资源，对小天体的探测与开发利用也是人类走向深空的重要环节。

对小天体的探测方式包括飞越探测，交会探测和着陆附着探测等，其中着陆附着探测是最复杂的探测形式，也是获得科学回报最多的一种探测形式。通过释放着陆器至小天体表面，可以对小天体的物质成分，地形地貌进行详尽的测量和分析。因此着陆探测也是当前的主要探测方式。而着陆轨迹设计和附着控制是实现着陆探测的关键步骤。由于小天体具有引力弱，尺寸小、形状不规则等特点,通常着陆器尺寸有限，部分不具备推力控制的能力，此类着陆器将以一定速度与小天体表面接触，并以一定接触速度回弹，需要多次接触才能停留在小天体表面，导致着陆误差大。

已发展的关于小天体着陆轨道设计方法在先技术[1](参见Pinson R M,LuP.Trajectory design employing convex optimization for landing on irregularlyshaped asteroids[J].Journal of Guidance,Control,and Dynamics,2018,41(6):1243-1256.)采用凸优化方法优化了着陆轨迹，但该方法仅适用于具有推力控制的着陆器，对于无推力的着陆器不适用。

在先技术[2](参见Ulamec S,Biele J,Blazquez A,et al.Rosetta lander–Philae:landing preparations[J].Acta Astronautica,2015,107:79-86.)采用鱼叉机构锚定等方式使着陆器附着在小天体表面，但在实际任务中出现锚定失效的问题，导致着陆器在表面的着陆误差大。

发明内容

本发明公开的一种利用姿态机动的不规则小天体表面着陆误差抑制方法要解决的技术问题是：针对探测器由轨道释放的无推力控制的小天体着陆器，通过在着陆过程中，调节着陆器的着陆姿态，改变着陆器的接触速度，从而减小着陆误差，进而提高小天体着陆器的着陆的可靠性和精度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种利用姿态机动的不规则小天体表面着陆误差抑制方法，着陆器根据释放情况预估着陆位置和速度，建立小天体表面坐标系和接触动力学模型，根据约束优化最优着陆姿态。根据当前姿态和最优着陆姿态规划着陆器的姿态运动，通过姿态控制机构控制着陆器满足求解得到的着陆姿态，通过一次或多次姿态机动使探测器与表面接触后法向速度小于阈值，在表面滑动并利用摩擦力停留在小天体表面。本发明通过改变探测器的着陆姿态，从而改变探测器与小天体接触后的速度方向，进而改变着陆回弹轨迹，减少着陆过程中回弹导致的着陆误差，提高小天体表面着陆的可靠性和精度。

本发明为公开的一种利用姿态机动的不规则小天体表面着陆误差抑制方法，包括如下步骤：

步骤一：根据着陆器的释放情况预估着陆位置和速度。