第三百七十三章
顧律先一步運(yùn)算的是嫦娥四號(hào)探測(cè)器的運(yùn)行軌道。
因?yàn)檫@個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單。
打開(kāi)電腦上的，顧律開(kāi)始緊張忙碌的工作。
嫦娥四號(hào)探測(cè)器的軌道可以被簡(jiǎn)單分為三部分。
第一部分是地月轉(zhuǎn)移階段。
這一階段是在地球上，將嫦娥四號(hào)探測(cè)器由長(zhǎng)征運(yùn)載火箭發(fā)射升空，使探測(cè)器離開(kāi)地球軌道，向月球飛行，實(shí)現(xiàn)地月轉(zhuǎn)移。
顧律錄入了一系列的參數(shù)，很快的得出了嫦娥四號(hào)探測(cè)器在這一階段的運(yùn)行軌道。
接著，便是探測(cè)器不斷向月球附近運(yùn)行。
當(dāng)探測(cè)器抵達(dá)預(yù)定軌道后，完成近月制動(dòng)。
所謂的近月制動(dòng)，就是給在地月轉(zhuǎn)移軌道高速飛行的衛(wèi)星減緩速度，完成“太空剎車(chē)減速”，建立正常姿態(tài)，被月球的引力所吸引，進(jìn)行環(huán)月飛行。
因?yàn)楫?dāng)探測(cè)器飛行到月球附近時(shí)，它相對(duì)月球的速度要大于月球238公里秒的逃逸速度，如果不減速，探測(cè)器將飛離月球。
要實(shí)現(xiàn)繞月飛行的話(huà)，必須進(jìn)行制動(dòng)，要?jiǎng)x一下車(chē)，將飛行速度降低到月球逃逸速度以?xún)?nèi)，從而被月球引力捕獲。
近月制動(dòng)是衛(wèi)星或探測(cè)器飛行過(guò)程中最關(guān)鍵的一次軌道控制。
這一部分需要顧律做的東西，就要比地月轉(zhuǎn)移階段要麻煩很多。
第一點(diǎn)，就是顧律必須要確定在近月制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)量的多少。
雖然說(shuō)，制動(dòng)量過(guò)小的話(huà)，探測(cè)器會(huì)直接飛離月球。
但一旦制動(dòng)量過(guò)大的話(huà)，那后果會(huì)更加嚴(yán)重。
因?yàn)樘綔y(cè)器會(huì)直接撞擊向月球！
所以，需要顧律去準(zhǔn)確的衡量好其中的一個(gè)度。
幸好，他們這個(gè)項(xiàng)目是嫦娥四號(hào)探月項(xiàng)目，而不是嫦娥一號(hào)。
顧律有很多經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。
顧律抽過(guò)一摞草稿紙，在上面寫(xiě)寫(xiě)畫(huà)畫(huà)。
得出一串?dāng)?shù)據(jù)后，顧律利用建立模型模擬。
而后，顧律得出一個(gè)結(jié)果。
“7500發(fā)動(dòng)機(jī)！”
顧律在草稿紙上將這個(gè)數(shù)字圈起來(lái)。
在顧律的縝密計(jì)算后，得出整個(gè)近月制動(dòng)的全過(guò)程：
在嫦娥四號(hào)探測(cè)器距離月球850公里時(shí)，開(kāi)始近月制動(dòng)。
近月制動(dòng)采用7500變推力發(fā)動(dòng)機(jī)。
近月制動(dòng)過(guò)程將持續(xù)290秒。
制動(dòng)完成后，嫦娥四號(hào)探測(cè)器將被月球捕獲，成功進(jìn)入100400環(huán)月橢圓軌道。
這就是整個(gè)近月制動(dòng)的過(guò)程。
這一過(guò)程并不復(fù)雜，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將探測(cè)器減速并推進(jìn)預(yù)設(shè)軌道。
顧律在電腦上模擬了一遍，將整個(gè)軌道圖繪制下來(lái)。
第三個(gè)階段，繞月飛行。
繞月飛行環(huán)節(jié)是最簡(jiǎn)單的一個(gè)部分，指的是嫦娥四號(hào)探測(cè)器在環(huán)繞100400環(huán)月橢圓軌道運(yùn)行的過(guò)程。
該環(huán)月橢圓軌道的近月點(diǎn)是100公里，遠(yuǎn)月點(diǎn)是400公里。
只需要明確這兩個(gè)數(shù)據(jù)，繪制簡(jiǎn)單的軌道圖就了。
這部分工作簡(jiǎn)單到只要稍微有點(diǎn)高中物理基礎(chǔ)的人都可以輕松做到。
那么，到目前為止，顧律第一大部分的工作算是基本完成了。
嫦娥四號(hào)探測(cè)器從地球升空后，直至進(jìn)入環(huán)月橢圓軌道，整個(gè)的運(yùn)行軌道被顧律輕松繪制出來(lái)。
其實(shí)，這部分的工作根本不需要出手。
吳征隨便找個(gè)數(shù)學(xué)家，甚至找個(gè)稍微懂點(diǎn)物理的博士生過(guò)來(lái)，都可以輕松把這張軌道圖輕松畫(huà)出來(lái)。
這部分內(nèi)容的工作，只是順帶的而已。
真正需要顧律費(fèi)不少功夫去弄的，是整個(gè)落月階段各項(xiàng)參數(shù)和軌道的設(shè)置。
落月階段，指的是探測(cè)器從環(huán)月橢圓軌道降落到月球表面的過(guò)程。
同樣是整個(gè)探月計(jì)劃最核心，難度最高的環(huán)節(jié)。
在最開(kāi)始，嫦娥四號(hào)探測(cè)器應(yīng)該是在近月點(diǎn)為100公里，遠(yuǎn)月點(diǎn)為400公里的環(huán)月橢圓軌道上進(jìn)行環(huán)月飛行。
然后實(shí)施降軌控制，使嫦娥四號(hào)探測(cè)器進(jìn)入近月點(diǎn)高度約15公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)高度約100公里的預(yù)定月球背面著陸準(zhǔn)備軌道。
這只是一個(gè)開(kāi)始。
在嫦娥四號(hào)進(jìn)入著陸準(zhǔn)備軌道后，需要在月球背面的近月點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)力下降。
整個(gè)動(dòng)力下降過(guò)程又會(huì)分為6個(gè)階段，分別是主減速段、快速調(diào)整段、接近段、懸停段、避障段、緩速下降段。
六個(gè)階段，那就意味著需要六套不同的系統(tǒng)參數(shù)。
顧律需要一個(gè)個(gè)來(lái)計(jì)算。
這需要相當(dāng)龐大的計(jì)算工作量。
顧律輕嘆了口氣，活動(dòng)活動(dòng)了手指，握緊筆開(kāi)始工作。
首先，是第一階段的主減速段。
顧律根據(jù)吳征提供數(shù)據(jù)中的嫦娥四號(hào)構(gòu)型特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上建立了小型月球探測(cè)器的導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)工作模型和質(zhì)心、姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型。
模型中考慮了各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)推力偏心、偏斜產(chǎn)生的影響，并考慮了系統(tǒng)離散的工作特性。
然后，對(duì)末端水平速度約束條件下的主減速段制導(dǎo)律進(jìn)行了研究。
利用開(kāi)普勒軌道的軌道參數(shù)與末端運(yùn)動(dòng)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將末端運(yùn)動(dòng)參數(shù)約束轉(zhuǎn)化為軌道參數(shù)約束，從而將軌跡規(guī)劃問(wèn)題轉(zhuǎn)化為有限推力變軌問(wèn)題，進(jìn)而通過(guò)最小二乘修正方法得到制導(dǎo)律。
接下來(lái)，對(duì)末端高度約束條件下的主減速段制導(dǎo)律進(jìn)行了研究。
隨后，建立制導(dǎo)慣性極坐標(biāo)系下的動(dòng)力學(xué)方程，將目標(biāo)約束量作為狀態(tài)量，使用偽譜法可以方便地求出一些參數(shù)的數(shù)值。
在此基礎(chǔ)上，針對(duì)給定發(fā)動(dòng)機(jī)的配置，研究了主減速段航程的取值范圍，并研究該范圍內(nèi)的軌道特性，以四元數(shù)作為參數(shù)，并引入偏差四元數(shù)，構(gòu)造擬歐拉角以消除目標(biāo)姿態(tài)的雙值性，并利用攝動(dòng)雙積分系統(tǒng)的時(shí)間最優(yōu)控制設(shè)計(jì)了姿態(tài)控制，嘗試得出一個(gè)最優(yōu)控制解。
這樣，關(guān)于主減速段的數(shù)據(jù)便全部得出來(lái)了。
什么時(shí)候進(jìn)入這一階段，發(fā)動(dòng)力采用多大的動(dòng)力，推力角度是多少度，制動(dòng)時(shí)間是多久。
這些數(shù)值在顧律通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算后全部得出。
然而，這是個(gè)六個(gè)階段中的第一階段。
這就用去了顧律一個(gè)多小時(shí)的時(shí)間。
后面還有另外五個(gè)階段，同樣是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。
“繼續(xù)肝吧！”
顧律抬頭瞅了一眼掛表上的時(shí)間，已經(jīng)是晚上七點(diǎn)多。
顧律沒(méi)有去吃晚飯的心思，直接磕了一瓶疲勞藥劑后，繼續(xù)開(kāi)始接著肝。
按照目前這個(gè)速度，他恐怕是要通宵了。
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