繞月探測衛(wèi)星飛行控制

前言

　　序言　　自古以來，月球引發(fā)了人們無盡的遐想，探索月球一直是人類的美好愿望和不懈追求。作為地球唯一的天然衛(wèi)星，月球以其獨特的空間位置和潛在資源，成為人類開展深空探測的首選目標。實施探月工程是黨中央、國務(wù)院做出的重大戰(zhàn)略決策，作為我國科技創(chuàng)新的標志性工程之一，在2020年前將實現(xiàn)“繞、落、回”的目標。嫦娥1號衛(wèi)星圓滿完成繞月探測任務(wù)后，2010年10月1日，嫦娥2號衛(wèi)星成功發(fā)射，直接地月轉(zhuǎn)移，成功環(huán)月，有效探測，開展了一系列技術(shù)試驗驗證，獲得了迄今為止最高分辨率的全月圖，并飛離月球，奔赴日地拉格朗日L2點，實現(xiàn)了我國空間探測由40萬千米到150萬千米的跨越。　　火箭發(fā)射、星箭分離以后，飛行控制成為繞月探測衛(wèi)星飛行任務(wù)實施的主線和影響成敗的關(guān)鍵。嫦娥2號衛(wèi)星的飛行控制是一項多學(xué)科、高技術(shù)集成的系統(tǒng)工程，與近地航天器飛行控制相比較，具有飛行距離遠、通信時延長、技術(shù)動作多、控制精度高、實施風(fēng)險大等特點，在飛行控制系統(tǒng)設(shè)計、工作模式、實施方案、風(fēng)險分析、故障預(yù)案等諸方面達到了我國航天器飛行控制的最高水平，這也是工程總體和測控通信、衛(wèi)星、地面應(yīng)用等各系統(tǒng)密切配合、大力協(xié)同取得的成果?！　”緯o密結(jié)合嫦娥2號衛(wèi)星飛行控制的實施，系統(tǒng)論述了繞月探測衛(wèi)星飛行控制的技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)體系，全面闡述了飛行控制的總體技術(shù)和各階段的實施要點，是對我國繞月探測衛(wèi)星飛行控制過程中積累的專業(yè)技術(shù)和經(jīng)驗的重要歸納與總結(jié)，也是我國第一部系統(tǒng)全面地闡述繞月探測衛(wèi)星飛行控制技術(shù)的論著。本書將對參與繞月探測衛(wèi)星飛行控制的各系統(tǒng)進行技術(shù)交流、優(yōu)化設(shè)計發(fā)揮重要作用，也能為后續(xù)月球探測及深空探測任務(wù)的飛行控制提供有益借鑒和重要參考?！　‰S著探月工程和后續(xù)深空探測工程的實施，飛行控制面臨更高的要求、更新的技術(shù)，需要我們不斷積累、勇于創(chuàng)新，去迎接新的挑戰(zhàn)。衷心祝愿我國航天事業(yè)蓬勃發(fā)展，再創(chuàng)輝煌?！　√皆鹿こ炭傊笓]　　2011年9月

內(nèi)容概要

　　《繞月探測衛(wèi)星飛行控制》緊密結(jié)合嫦娥2號衛(wèi)星飛行控制的實施，系統(tǒng)論述了繞月探測衛(wèi)星飛行控制的技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)體系，全面闡述了飛行控制的總體技術(shù)和各階段的實施要點。

作者簡介

　　吳偉仁，中國探月工程總設(shè)計師。

書籍目錄

第1章飛行控制概述 1.1嫦娥2號工程概述 1.1.1工程目標和科學(xué)探測任務(wù) 1.1.2主要技術(shù)狀態(tài) 1.2飛行控制規(guī)劃 1.2.1發(fā)射段 1.2.2地月轉(zhuǎn)移軌道段 1.2.3月球捕獲軌道段 1.2.4環(huán)月軌道段 1.3測控支持條件 1.3.1測控網(wǎng)組成 1.3.2飛行任務(wù)關(guān)鍵弧段跟蹤情況 1.3.3測控工作模式 1.4飛行控制系統(tǒng) 1.4.1 系統(tǒng)組成 1.4.2 系統(tǒng)驗證 第2章飛行控制技術(shù)基礎(chǔ) 2.1飛行控制計劃 2.1.1飛行控制計劃工作模式 2.1.2飛行控制計劃分類 2.1.3飛行控制計劃設(shè)計 2.1.4飛行控制計劃生成 2.1.5飛行控制計劃驗證 2.1.6飛行控制計劃實施 2.2遙測數(shù)據(jù)處理 2.2.1遙測數(shù)據(jù)分類 2.2.2遙測數(shù)據(jù)模式 2.2.3遙測數(shù)據(jù)接收與處理 2.2.4遙測數(shù)據(jù)監(jiān)控顯示 2.3上行控制 2.3.1遙控工作模式 2.3.2遙控信息類別 2.3.3遙控信息生成 2.3.4遙控指令鏈設(shè)計 2.3.5遙控信息發(fā)送 2.3.6遙控信息執(zhí)行情況比判 2.4軌道確定與控制 2.4.1坐標系定義 2.4.2軌道測量與確定 2.4.3軌道控制策略 2.4.4軌道預(yù)報 2.4.5軌道控制實施 2.5姿態(tài)監(jiān)視與控制 2.5.1姿態(tài)數(shù)據(jù)的坐標系約定 2.5.2衛(wèi)星姿態(tài)監(jiān)視 2.5.3衛(wèi)星姿態(tài)控制 第3章發(fā)射段飛行控制 3.1狀態(tài)監(jiān)視 3.1.1運載火箭飛行狀態(tài)監(jiān)視 3.1.2衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)視 3.2推進管路排氣控制 3.3發(fā)射段彈道測量與確定 3.4測控站引導(dǎo)原則 3.5關(guān)鍵事件的確定和使用 3.5.1起飛事件 3.5.2星箭分離事件 第4章地月轉(zhuǎn)移軌道段飛行控制 4.1入軌控制 4.1.1初軌確定與入軌判斷 4.1.2 太陽翼和定向天線展開控制 4.1.3衛(wèi)星初始狀態(tài)設(shè)置 4.1.4加速度計零位標定 4.1.5星敏感器標定 4.2中途修正 4.2.1 實施原則 4.2.2修正軌控策略 4.2.3控制參數(shù)計算 4.2.4實施流程 4.3技術(shù)試驗 4.3.1監(jiān)視相機成像試驗 4.3.2紫外敏感器導(dǎo)航／拍圖試驗 4.3.3 X頻段測控技術(shù)試驗 4.4星地時間同步控制 4.5 VLBl測軌 4.5.1 VLBl工作模式 4.5.2 VLBI信標機使用原則 4.6科學(xué)載荷設(shè)備控制 第5章月球捕獲軌道段飛行控制 5.1控制策略 …… 第6章環(huán)月初期運行軌道段飛行控制 第7章試驗軌道段飛行控制 第8章環(huán)月長期運行軌道段飛行控制 第9章應(yīng)急飛行控制 第10章飛赴日地拉格朗日L2點 附錄A縮略語和專有名詞對照表 附錄B嫦娥2號工程大事記 附錄C月球基本參數(shù) 附錄D LPl65P月球重力場模型 參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   監(jiān)控顯示系統(tǒng)接收主機發(fā)送的各種處理信息，根據(jù)飛行控制任務(wù)需要，加工、處理成各種圖形（包括立體圖形）、表格、文字等，此外還需對圖像等信息進行處理，因此數(shù)據(jù)量很大。 為了適應(yīng)不同人員、不同層次的監(jiān)視顯示需求，監(jiān)控顯示系統(tǒng)軟、硬件工作環(huán)境比較復(fù)雜，有多種軟件平臺和多種圖形工具，要在各種不同的工作站上運行，要能驅(qū)動多種顯示設(shè)備和傳輸設(shè)備。 監(jiān)控顯示系統(tǒng)的軟件主要有微機綜合顯示處理軟件、三維圖形軟件、LED顯示軟件、多媒體顯示軟件。 （3）事后數(shù)據(jù)處理分析軟件 事后數(shù)據(jù)處理分析軟件是對飛行控制任務(wù)過程中實時記錄的各類數(shù)據(jù)進行精確處理、分析的軟件，一般指遙測信息準實時處理軟件和事后數(shù)據(jù)處理軟件。 遙測信息準實時處理通常在衛(wèi)星出現(xiàn)異常后或進行狀態(tài)分析時，為迅速定位異常原因或確認衛(wèi)星狀態(tài)而將遙測記盤數(shù)據(jù)提取或回放處理，為狀態(tài)確定提供依據(jù)。外測事后數(shù)據(jù)處理軟件對實時飛行任務(wù)過程記錄的測量信息，以較精確的算法修正測量設(shè)備系統(tǒng)誤差、電波折射誤差，壓縮隨機誤差，最終獲得高精度的外測數(shù)據(jù)。 （4）仿真軟件 仿真軟件是仿真系統(tǒng)中所用軟件的總稱。仿真軟件主要完成飛行控制任務(wù)仿真，也可在任務(wù)過程中通過“超實時仿真”的形式驗證飛行控制策略或故障處理對策的正確性。飛行控制任務(wù)仿真就是用簡化的實物、半實物或數(shù)字方法來模擬實際飛行控制任務(wù)過程及該過程中測控系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)的工作狀態(tài)，建立仿真環(huán)境。一般情況下，仿真系統(tǒng)包括測控站仿真系統(tǒng)（簡易USB）、數(shù)字仿真系統(tǒng)和飛行控制模擬器系統(tǒng)。 仿真軟件可分為如下幾部分： 衛(wèi)星狀態(tài)仿真軟件。主要仿真與衛(wèi)星控制相關(guān)的部分，如遙測信息傳輸、遙控指令接收及執(zhí)行過程、衛(wèi)星各分系統(tǒng)狀態(tài)等。 動力學(xué)仿真軟件。通過計算地、日、月對衛(wèi)星的作用力及衛(wèi)星的機動力，仿真衛(wèi)星的軌道和姿態(tài)變化情況。 空間環(huán)境仿真軟件。仿真衛(wèi)星在飛行中的地、日、月、恒星或其他飛行體的位置或狀態(tài)。 測控網(wǎng)仿真軟件。仿真測控網(wǎng)中各測控站在可觀測弧段的各類測量信息及接收飛行控制中心通過該測控站發(fā)送的上行控制信息。 1.4.2系統(tǒng)驗證 飛行任務(wù)實施前，飛行控制中心要進行充分的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，以驗證參試任務(wù)系統(tǒng)的可靠性和飛行控制實施方案的正確性。根據(jù)要達到的目的和要求，將聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作分為飛行控制內(nèi)部演練、對外測控信息聯(lián)試、天地一體化聯(lián)試驗證和專項演練等4個階段。各階段聯(lián)調(diào)聯(lián)試的目的和主要內(nèi)容如下。 （1）內(nèi)部演練 在任務(wù)前期準備階段，飛行控制中心主要進行了大量的技術(shù)協(xié)調(diào)與任務(wù)分析、中心建設(shè)改造方案及飛行控制實施方案的制定、飛行控制平臺的建設(shè)（包括硬件平臺的建設(shè)和軟件系統(tǒng)的開發(fā)）等工作。

編輯推薦

《繞月探測衛(wèi)星飛行控制》首次重點論述了我國繞、月探測衛(wèi)星的飛行控制原理與技術(shù)，可作為后續(xù)探月工程和深空探測器飛行控制的有益借鑒，也可供從事深空探測領(lǐng)域研究的科研工作者和高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考。

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