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嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略
摘要
嫦娥三号在高速飞行的情况下，要保证准确地在月球预定区域内实现软着陆，关键问题是着陆轨道与控制策略的设计。由于月球上没有大气，嫦娥三号无法依靠降落伞着陆，只能靠变推力发动机，才能完成中途修正、近月制动、动力下降、悬停段等软着陆任务。本文在着陆轨道设计的基本要求下，建立最优控制模型满足了每个阶段嫦娥三号在关键点所处的状态，以尽量减少软着陆过程燃料消耗的原则，完成了对三个问题的分析探究。
针对问题1，本文将嫦娥三号作为质点，根据椭圆公式求出半焦距的长度，采用适用于一切二体问题的开普勒第三定律模型，计算出近月点和远月点相应的速度大小，近月点速度为1.69204 KM/S，远月点速度为1.61390 KM/S，之后再通过给出的着陆点的方向反推出嫦娥三号相应的方向。
针对问题2，本文研究了一种应用参数化控制求解月球探测器精确定点软着陆最优控制问题的方法。首先用约束变换技术将小等式约束进行了近似处理，而后利用若十个分段的常数去逼近最优解，再根据强化技术通过时间轴上的变换，将每一段参数的持续时间转变为一组新的参数，于是最优控制问题被转化为一系列参数优化问题。最后应用经典的参数优化方法即可求得最优控制函数的一个近似解，通过增加参数个数，重复优化得到逼近连续最优解的参数化解。同时在优化过程中考虑了制动初始点的选取对结果的影响。运用matlab软件绘制着陆轨道的曲线，结果表明了所提设计方法足简单、有效
的。得到最优初始点坐标为X
0=837．71 km，Y
=1423.9 km，Z
=586.26 km。
针对问题3，本文根据月球探测器向月飞行轨道动力学方程式得到了飞行轨道误差的迭代方程，采用协方差分析方法对轨道初始误差的误差源造成的轨道误差进行了分析，结合具体算例，给出了探测器初始轨道位置和速度误差引起的向月飞行轨道误差的时间历程和轨道终点误差。计算结果表明，在发射嫦娥三号卫星过程中，必须进行多次中途轨道修正。
关键词：定点软着陆，最优控制，参数化控制，轨道误差，协方差分析方法
1问题重述
嫦娥三号于2013年12月2日1时30分成功发射，12月6日抵达月球轨道。嫦娥三号在着陆准备轨道上的运行质量为2.4t，其安装在下部的主减速发动机能够产生1500N到7500N 的可调节推力，其比冲（即单位质量的推进剂产生的推力）为2940m/s，可以满足调整速度的控制要求。在四周安装有姿态调整发动机，在给定主减速发动机的推力方向后，能够自动通过多个发动机的脉冲组合实现各种姿态的调整控制。嫦娥三号的预定着陆点为19.51W，44.12N，海拔为-2641m（见附件1）。
嫦娥三号在高速飞行的情况下，要保证准确地在月球预定区域内实现软着陆，关键问题是着陆轨道与控制策略的设计。其着陆轨道设计的基本要求：着陆准备轨道为近月点15km，远月点100km的椭圆形轨道；着陆轨道为从近月点至着陆点，其软着陆过程共分为6个阶段（见附件2），要求满足每个阶段在关键点所处的状态；尽量减少软着陆过程的燃料消耗。
根据上述的基本要求，请你们建立数学模型解决下面的问题：
问题一：确定着陆准备轨道近月点和远月点的位置，以及嫦娥三号相应速度的大小与方向。
问题二：确定嫦娥三号的着陆轨道和在6个阶段的最优控制策略。
问题三：对于你们设计的着陆轨道和控制策略做相应的误差分析和敏感性分析。
2模型假设
1. 忽略太阳、地球对嫦娥三号卫星的引力
2.将月球近视为一个质量均匀的标准球体
3. 将嫦娥三号视为一个质点
4.主减速忽略动作调整所产生的燃料消耗
5.制动发动机推力可变
6.图片所给数据真实可靠
3符号说明v………………………………………………………………………………近月点速度.
A v………………………………………………………………………………远月点速度.
B o……………………………………………………………………………惯性坐标系
.
xyz
O L L L………………………………………………………………………月固坐标系.
x y z
.F………………………………………………………………………………发动机推力
.m………………………………………………………………………………探测器质量
.C……………………………………………………………………………制动火箭的比冲r…………………………………………………………………………………月球半径
.
f
.G…………………………………………………………………………………约束函数
.j ∧
…………………………………………………………………………………指标函数 .u …………………………………………………………………………………控制变量 .τ…………………………………………………………………………………调节参数 .θ…………………………………………………………………P 与Ay1轴正向所成夹角 .ψ…………………………………………P 在x1Az1平面上的投影与Ax1轴负向所成夹角 .α…………………………………………Ax1在xOz 平面上的投影与Ox 轴正向所成夹角 .β…………………………………………………………………………Ay1与Oy 所成夹角 .γ……………………………………月球自转而产生的固坐标系相对惯性坐标系的转角
4 模型的建立与求解
4.1 问题一
确定着陆准备轨道近月点和远月点的位置，以及嫦娥三号相应速度的大小与方向。
4.1.1 问题一的分析
开普勒定律适用于宇宙中一切绕心的天体运动。在宏观低速天体运动领域具有普遍意义。对于高速的天体运动，开普勒定律提供了其回归低速状态的方程。根据附件1和附件2中给出的数据资料，近月点和远月点的相对距离都是已知的。本问题的模型解答可以根据椭圆公式求出半焦距的长度，然后利用适用于一切二体问题的开普勒第三定律计算出近月点和远月点相应的速度大小，之后再通过给出的着陆点的方向反推出嫦娥三号相应的方向。
4.1.2 问题一的解答
图1 开普勒第三定律模型
在图1中，A ，B 分别为嫦娥三号运动的近月点和远月点，以
和 分别表示
嫦娥三号在该点的速度，由于速度沿轨道切线方向，可见 和 的方向均与此椭圆
的长轴垂直，则嫦娥三号在此两点时对应的面积速度分别为
(1)
[]11
(r )(a c)22
B B B B S v v =?=+?
根据开普勒第二定律，应有
，因此得 B
A a c
v v a c
-=
+………………………………………………………………………{2} 嫦娥三号运动的总机械能E 等于其动能与势能之和，则当它经过近月点和远月点时，其机械能应分别为
22
1122A A A A GMm GMm E mv mv r a c =-=-- (3)
2
21122B B B B GMm GMm E mv mv r a c
=-=-+
根据机械能守恒，应有 ，故得
22111()()2A B m v v GMm a c a c -=--+……………………………{4} 由{2}{4}两式可解得
2(a c)GM
()A v a a c +=
- (5)
2
(a c)GM ()
B
v a a c -=+
A,B 的值题目已经给出
222C A B =+ C 2
=A 2
+B
2
(6)
由{5}{6}两式可解得： =1.69204 KM/S =1.61390 KM/S
图2 嫦娥三号软着陆曲线模型
由图2可知，NS平面为着陆的那个平面，A点为着陆点，A点在NS的平面坐标为19.51W，44.12N，B点为嫦娥三号的近月点，根据题意近月点到月球表面的距离为15km，又有着陆点的海拔为-2641m，所以有OB的距离为17641m,因此可以得出近月点的速度方向为（19.51W，44.12N，17641），根据近月点和远月点处在同一轨道，并且共线，所以远月点的方向和近月点刚好相反，高度都为17641m，因此可得出远月点的速度方向为（19.51E，44.12S，17641）。近月点速度为1.69204 KM/S，远月点速度为1.61390 KM/S。
4.2 问题二
确定嫦娥三号的着陆轨道和在6个阶段的最优控制策略。
4.2.1问题二的分析
探测器经过环月轨道的软着陆方式因其具有较长的软着陆准备时间、对着陆位置的限制比较小以及减少着陆舱部分的燃料消耗等优点故而被广泛采用。该方式的关键环节就是从距离月面15 km的近月点至月面的动力下降过程。在本问题的分析中，模型考虑了月球自转，针对三维空间内精确定点软着陆问题，利用参数化控制解决了变推力软着陆最优控制问题，此外还针对仅知制动初始点到月心距离而具体位置未知的情况，对初始点的选取进行了研究。
4.2.2问题二的解答
1. 动力学模型建立与控制律设计
探月飞行器首先进行霍曼变轨，从圆形环月轨道进入一条近月点高度为15 km的椭圆轨道；当到达近月点时，制动发动机点火，探测器进人动力下降段，最终以很小的相对速度(小于6 m／s)降落到月面指定位置。
图3坐标示意图
如图3坐标示意图所示，定义惯性坐标系Oxyz ，原点在月心，参考平面是月球赤道面，Ox 轴指的是月球赤道相对于白道的升交点，Oy 轴指向月球自转角速度方向，Oz 轴按右手坐标系确定。再定义月固坐标系OxLyLzL, 以月球赤道面为参考面,OxL 轴指向赤道面与起始子午面的交线方向，OyL 指向月球自转角速度方向，OzL 轴按右手坐标系确定。Ax1y1z1为原点在探测器质心的轨道坐标系，Ay1指向从月心到着陆器的延伸线方向，Ax1垂直Ay1指向运动方向，Az1按右手坐标系确定。制动发动机推力P 的方向与探测器纵轴重合，θ为P 与Ay1轴正向所成夹角，ψ为P 再x1Az1平面上的投影与Ax1轴负向所成夹角。β为Ay1与Oy 所成夹角，α为Ax1在xOz 平面上的投影与Ox 轴正向所成夹角。γ为月球自转而产生的固坐标系相对惯性坐标系的转角，不妨假设初始时刻月固坐标系与惯性坐标系重合。
显然有轨道坐标系到惯性坐标系转换矩阵
惯性坐标系到月固坐标系的转换矩阵为
2cos 0sin 010sin 0cos T γγγγ-??
??=??
????
根据牛顿第二定律，结合科氏定律整理可以得到探测器在月固坐标系中的
运动方程为..21.sin cos 2cos 02sin sin xL xL L zL yL yL L xL zL zL F m g V F T T g m V g F m V V V ωω?ψ??ψ????????
??????????????=--??????????????????????
?????????? 其中VxL,VyL 和VzL 为探测器速度矢量在月固坐标系各轴上的投影，F 为发动机推
力，m 为探测器质量，gxL,gyL 和gzL 为该高度月球重力加速度在月固坐标系各轴上的投影，wL 为月球自转角速度。
因此，在月固坐标系中探测器耳朵运动方程可表示如下
1cos cos sin sin cos cos sin cos sin sin sin 0cos T αββαβαββαβαα-????=-??????
.
.
.
.
.
.
/2//2/L xL L yL L zL
xL xL L zL yL yL zL
zL L xL
x V y V z V V OF m g V V PF m g V QF m g V
m F C ωω?=??=???=??
=-+???=-??=-+?=-???
………………………………………………………（7） 其中
(cos cos cos sin sin )sin cos (sin cos cos cos sin )sin sin sin cos cos O αβγαγ?ψαβγαγ?ψβγ?
=--
++ cos cos sin sin cos cos sin sin sin sin P αβ?ψβ?αβ?ψ
=-++
(cos cos sin sin cos )sin cos (sin cos sin cos cos )sin sin sin sin cos Q αβγαγ?ψαβγαγ?ψβγ?
=--
-+
222
2
22
2
22
.M
xL M
yL M
zL G g L L L
G g L L L
G g L
L L
x y z x y z x y z =+=
+
=
+
+++
G M 为月球引力常数，C 为制动火箭的比冲，是一个常值。取为系统状态变量，
[]
T
u F ?ψ=为控制变量，则式(7)可以简记为 X=f （x ，u ，t ）
按照耗燃最优的要求，取性能指标为 ().
1
00
(0)m f
f
t t f
J m t mdt Fdt C
-=-=-=?
?
在实际情况下，通常没必要令探测器着陆速度严格等于零，只要能保证探测器以很小的相对速度降落到月面就足可以接受的。因此，考虑到这一点，本文将软着陆的末速度要求以惩罚冈子的形式加入到指标中如下式所示，主要目的是降低最优控制问题求解的复杂度，该惩罚因子可以通过反复的数值仿真运算，按经验设定。
10
f
t J Fdt C
-=?
(8)
此外，显然有约束条件
11
14(t )0(t )0(t )0
0L f Lf L f Lf L f Lf f g x x g y y G g z z g r =-=??
=-=??=?=-=?
?
=≥??…………………………………………………（9） 其中x μ，y μ，z μ
为预定着陆点在月固坐标系中的坐标；f r =点到月心距离，即月球半径。
对于含有形如 4g ∧
这类关于状态变量在连续时间上都要满足的不等式约束最优化
问题，至今还是最优化领域的一个难 点。参考资料中[2]中给出一种约束变换技术，使得该类问题得到解决。 显然40g ≥等价于 {}440
()min ,00tf
L g g dt =
=?
(10)
但上式显然在40g =时不可微，因此用如下不等式去近似上式
40
(g )dt 0f
t G ετ+≥?
(11)
其中
442444,(g )/4,4
0g (g )g g G g εεεεεεε≥?
??
=-≤≤??
≤-??
- ε＞0，0τ
>，是调节参数。文献[2]证明了当ε足够小的时候，存在()0τε>，
使得对任何满足 0()ττε<< 的τ能够令(11)对(10)达到满足要求的近似。不妨记
G 为用(11)式替换 40g ≥ 后得到的新的约束函数。
因此本文所讨论的软着陆耗燃最优问题转化为：
问题1在系统(7)满足约束函数G 的情况下，求取适当的控制变量 u 使指标函数(8)达到最小。
2. 参数化控制求解耗燃最优问题
假定初始时刻为0，终端时刻tf 为待定参数。 选取满足0
10......p
p p p p
f i i n
t t
t t t -=
<<<<<=的序列{}
p
n i p
i
t =和三组参数
,,F,,,,0,1,...,p
p
p
p i i i i n ?ψσσσ=，构造形如
(t),(t),(t)
F,(t)1(t)1(t)1[,)[,)[,)p
p p n p p i i n p p i i n p p i i p p
i i p p
i i p p i i t t t t F t t ?ψχ?σψχσχσ?=?-?
??=?-?
?=?-??
∑∑∑ 的参数化分段常数控制器。 其中
(t)11,[,)10,[,)p p
i i t p p i i otherwise
t t t t χ
-?∈?=?-??
用控制器
[]T
p
p p
p
u F ψ?=替换系统（7）中的[]T
u F ?ψ=，则问题1转变
为：问题2 寻找三组参数
{}1,p
n i
p
i ?σ=，{}1,p n i p i ψσ=，{}
1F,p
n i p i σ= 来最小化指标函数（8），并且满足约束函数G 。
显然，对于每个给定的P ，这都是一个有限维的参数优化问题。文献[4]中第六章已经证明了当P 一+∞时，问题2的最优解收敛于问题1的最优解。不过文献[5]已经证明了在数值计算中，求解问题2的参数梯度时难度很大甚至求不出真实解，因而本模型引入强化技术来解决这一问题。
从[0,1]s ∈到[0,t ]f t ∈构造如下变换 1
1
1
1
(s)()()i p p
p
p
p
j j j
j i j t s ξ
ξξδ
δ---==
-+-∑
上式中
p
j
δ
>0, 1
[),i 0,1...,n p p
p i i
s ξξ-∈-=,序列
{}
p
n i
p
i ξ=为[0,1]区间上预先给定的
分段点，并且满足0
1
0......1p
p p p p i i
n ξ
ξ
ξξ
-=
<<<<<=。
将上式两边对s 求导可得 (s)/ds v
(s)p
dt =
其中
(s)
(s)1(,)p
n p p
i i
p p v i i χδεε=-∑
(s)11,s [,)10,otherwise
(,)p p
i i p p i i χεεεε-?∈?=?
-?? 不妨令
(t(s))u (t(s))(s),(s)t(s)v (s)p p x x u ∧
∧????==????
????
则得到如下增广系统
(s)f(x(t(s)),u (t(s)),t(s))(s)p p p v d x ds v ∧
??= ? ???
即
////(/2)
/(/)
/(/2)
//C dt/ds v p
xL p
yL p zL p
p
L zL xL p
p yL
p
p
L xL zL
p p
p d ds v V L d ds v V L d ds v V L
d ds v O F A w xL
d ds v P F yL
d ds v Q F w zL
d ds v F x y z V g m V V g m x g m V m ∧
∧∧
∧
∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧∧?=???=???=???=-+???=-??=-+???=??=?
…………………………………（12） 其中O ∧，P ∧，Q ∧与xL g ∧，yL g ∧ ，zL g ∧ 分别为O,P,Q 与xL g ，yL g ∧ ，zL g ∧
经过变换后的形
式，(t(s))L
L x x ∧
=，(t(s))L L y y ∧=，(t(s))L L z z ∧=，(t(s))xL xL V V ∧
=
(t (s ))yL yL V V ∧
=，
(t(s))zL zL V V ∧
=，(t(s))m m ∧
=； 指标函数变为
1
1
p
j C
v
F dt ∧
∧
-=+? (13)
约束条件变为
12
31405
(1)0,(1)0,
(1)0
0(1)t 0
L Lf Lf L
L Lf p f g x x g y y G g z z v g G ds g t ετ∧∧
∧
∧
∧∧
∧
∧∧
∧
?=-=???=-=??==-=???=+≥?
??=+=??……………………………………（14） 其中4(g (t(s)))G G ε
ε∧
=
由于仅仅已知探测器在软着陆始点到月心的距离0r 和探测器的初始速度以及初始质量0m ，而软着陆起始点另两个空间位置信息α角与β角的初始值0α与0β未知，因而令0α与0β为系统待定参数，则系统初始状况可以表示为
000,00000,0,0,0,
0(0)r cos sin (0)r cos ,(0)r sin sin (0)(0)(0)(0)L L L xL xL yL yL zL zL x y z V V V V V V
m m αββαβ∧
∧
∧
∧
∧
∧
∧
?=??=???=??=???=??=??=??
(15)
那么问题2转化为如下问题：
问题3在系统(12)满足约束并且初始条件如式(15)的情况下，求取适当的控制变量u(s)使指标函数(13)达到最小。
再由(s)(s)(t(s))(s)(t(s))(s)(s)(t(s))(s)1[,)p
p p p p
p p n p i u F F p p p
v i i i ??ψψχδεε∧∧∧
∧
??=????=????=??=????=??
-??
∑ 可知，问题3将最初的探月飞行器软着陆最优控制问题转化成了优化静态控制参数
{}
1,p
n i
p
i
?σ=，
{}
1,p
n i
p i
ψσ= ，{}
1F,p
n i
p
i
σ=以及系统参数0α，0β， f t 的问题，利用
经典的参数优化算法即可求出登月飞行器的软着陆最优控制的一组逼近解和软着陆最优初值点位置以及终端时刻。利用此算法，增加时间的分段点个数叮以重新优化，经过多次优化后即町得到满意精度的参数化解。
此外，假如令系统(7)中的推力F 为已知的恒定推力，令控制变量[]
T
u ?ψ=
，则
本文问题变为恒定推力下软着陆最优控制问题，依然可以利用本文模型方法解决，而依据极大值原理结合传统的打靶法则只能解决恒定推力的情况，因I 而相比之下本文方法适用性更广。
3. 6个阶段的最优控制策略
（1）问题分析
由于月球表面没有大气，着陆器的速度必须完全由制动发动机抵消才能实现安全软着陆，所以减少燃料消耗是增加有效载荷的关键所在，将嫦娥三号软着陆问题，分为6个阶段依次为主减速、快速调整、粗避障、精避障、缓慢下降、自由下降。
根据题意，将6个阶段分为4个阶段，依次为第一阶段（主减速和快速调整）、第二阶段（粗避障）、第三阶段(精避障)、第四阶段（缓慢下降和自由下降）。
在第一阶段，利用最优控制过程推导，减少燃料消耗，这一阶段已在上一问得到解决。
在第二阶段，粗避障阶段，嫦娥三号悬停在月球表面约2400米上方，对星下月表进行二维和三维成像，利用遗传算法的思想，从图像中先随机选取部分点，能直接从三维图像中得知该点的海拔高度，再分别扫描这些点附近的地貌，找出一些地势平坦的区域，我们用区域内所有点与中心点海拔的均方差作为地势判断依据之一，保留这些坐标，并进行重新组合，并改变某些坐标以便能获得其他新区域的坐标，再次搜索地势平坦的区域，重复进行多次搜索，直到没有出现崎岖地势的时候，我们将此时地势最平坦的地方作为全局最优降落地点。
在第三阶段，精避障阶段，嫦娥三号悬停在月球表面约100米上方，由于在第二阶段已选定了平坦区域，也是用第二阶段采取遗传算法的思想，对采取数据进行高分辨率三维成像，对选取的区域进行更进一步的判断，选取地势更为平坦的区域作为最优降落地点。
在第四阶段，卫星先是水平速度为0米/s，推力方向向下，进行缓慢降落，然后在离地面4m时，卫星将暂时处于悬停状态，关闭推进器，卫星呈自由落体降落，确保软着陆成功。
（2）问题解决
1. 对于第一阶段，在大约距离月球15公里到3公里，此时，反推发动机就要点火工作，着陆器的大部分燃料消耗在这个阶段。利用最优控制过程推导，减少燃料消耗。详细分析已在上问得到解决。
2. 对于第二阶段，利用附件3高程图用matlab软件分析得到矩阵数据避开障碍物。该高程图的水平分辨率是1m/像素，其数值的单位是1m。例如数字高程图中第1行第1列的数值是102，则表示着陆区域最左上角的高程是102米。
图4 三维粗障碍物高程图
3. 对于第三阶段，利用附件4高程图用matlab软件分析得到矩阵数据避开障碍物。该数字高程的水平分辨率为0.1m/像素，高度数值的单位是0.1m。例如数字高程图中第1行第1列的数值是100，则表示着陆区域最左上角的高程是10米。
图5三维精障碍物高程图
4. 运用matlab计算结果
已知嫦娥三号在着陆准备轨道上的运行质量为2400kg，安装在下部的主减速发动机能够产生1500N到7500N的可调节推力，其比冲（即单位质量的推进剂产生的推力）为2940m/s由题一算出近月点的速度为：1.69204 KM/S，远月点的速度为：1.61390 KM/S。
月球平均半径1737.013km、赤道平均半径1737.646km和极区半径1735.843km，月球的形状扁率为1/963.7256，月球质量是7.3477×1022kg。月球与地球距离最远（远地点）：406610km，最近（近地点）：356330km，平均距离为384400km。嫦娥三号的预定着陆点为19.51W，44.12N，海拔为-2641m。利用最优控制软件miser3．2，通过计算机仿真
运算令ε=0.01,=0.0025,n
p
=30即可得到符合精度的最优解，最终利用本文的参数化控制
得到软着陆末时刻t
f
=538.2s，末时刻探测器质量1334.88 kg，燃料消耗为1065.12 kg，最终燃料消耗为飞行器总质量的44. 38%。最后探测器以3.9811m／s的对月速度精确降
落到指定登月点。此外可得α
0=34.9860，β
=35.6810,从而有最优初始点坐标为X
=837．71
km，Y
0=1423.9 km，Z
=586.26 km。
图6 软着陆最优控制律
图6为利用本文方法得出的最优控制律，由于最优控制律是分段常值函数因而为阶梯图；图7为软着陆速度曲线，可以看出探测器着陆时相对月面速度足够小，软着陆成功实现；图8为软着陆最优轨线，显示了α角与β角以及探测器距月心的距离
f
r=9是探测器质量变化曲线。
图7 软着陆速度曲线
图8 软着陆最优轨线
图9 质量变化曲线
4.3 问题三
对于你们设计的着陆轨道和控制策略做相应的误差分析和敏感性分析。
4.3.1 问题三的分析
卫星向着陆轨道动力学方程式得到了着陆轨道误差的迭代方程，采用协方差分析方法对轨道初始误差误差源造成的轨道误差进行分析，结合具体算例，给出了卫星初始轨道位置和速度误差引起的着陆轨道误差的时间历程和轨道终点误差。
4.3.2 问题三的解答
1.对卫星向着陆轨道的详细分析的基础上，采用协方差分析方法对其轨道初始误差源造成的轨道误差进行分析，并给出仿真算例，分析初始轨道位置误差和初始速度误差对轨道终点的位置和速度误差的影响，及从近地点轨道入轨点开始至着陆为止轨道位置的相应的轨道位置和速度总误差（3σ）的时间历程。
2. 协方差分析方法的基本原理 对于如下非线性函数关系
12(x ,x ......x )n y f = (16)
可以使用一阶泰勒级数展开对其进行线性化，有
111x ...x (x ...x )n n n
f f
y y f o x x ??+=+
+++?? (17)
其中，o(x1……xn )为x1……xn 的高阶项。从而得到线性化方程
1
1
n
i i f y x x δδ=?=?∑
(18)
或表示为
Y P X δδ= (19)
这里P 是偏导数矩阵：
i i f P x ?=
?
(20)
若自变量1......n x x δδ
y 的协方差矩阵为：
()E(P X P )PE(X )P T T T T T E Y Y X X δδδδδδ== (21)
T
y x C PC P = (22)
式中 CX 是自变量的协方差矩阵；Cy 是函数Y 的协方差矩阵。
协方差矩阵中对角线元素是方差，非对角线元素为协方差。显然，只要求出传递矩阵P ，便可确定源误差与欲求量误差之间的关系。若给定各种源误差，如发动机安装误差、敏感器测量误差或发动机推力和点火时间等误差时，便可以分析其对目标轨道误差的影响以及对控制系统精度的影响，进一步对各系统及元部件提出适当的精度要求。
3. 计算向月飞行轨道误差的协方差迭代方程
考虑到轨道参数的误差之相对于轨道参数的标称值是小量，因此可以将轨道运动方程进行线性化，从而得到能够反映轨道参数偏差量的传播关系的误差方程。在应用双二体模型且在地球影响球范围内时，对轨道运动产生摄动影响的各项，如月球引力摄动、太阳引力摄动、大气阻力摄动和太阳光压摄动等对误差方程的影响很小，因此在误差方程中将它们忽略掉。
反映轨道位置和速度误差的线性化方程如下：
T
r v g v r
r →→→→→→??=???
????=??
?? ………………………………………………（23）式中 3(r).u g r
r →→⊕=-，其中u ⊕ 为地球引力常数。
r = (24)
写成状态方程形式：
嫦娥四号月球探测器成功发射的感想：厉害了，我伟大的祖国！ 12月8日2时23分，我国在西昌卫星发射中心，用长征三号 乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器开启了月球探测的新旅程！ “嫦娥四号”探测器成功发射，随后器箭成功分离，嫦娥四号成 功进入近地点约200公里、远地点约42万公里的地月转移轨道。相 比“嫦娥三号”发射，这次火箭设计入轨精度提高了30%以上。按 照计划，“嫦娥四号”经过26天的飞行，将软着陆至月球背面南极 -艾特肯盆地，从而完成“人类探测器首次实现月球背面软着陆”的 壮举。 五年前，嫦娥四号的“同门师兄”嫦娥三号成功在月球雨海西 北部软着陆，实现了我国探月工程的新突破。如今，嫦娥四号带着 全新的使命再次奔向月球，将史无前例地实现人类月球探测器在月 球背面的首次登陆，开启我国对月球探测的新旅程。中国成为世界 上第四个掌握月球探测登陆技术的国家。此次嫦娥四号成功发射， 也代表着中国在航天事业中的大进步。相信在未来，我国一定可以 将嫦娥五号成功发射，未来重载火箭的研发应用也将有序进行。 嫦娥四号探测器到达月球背面，将让人类了解以前所不知晓但 又急切想了解的月球背面的境况，包括月壤、水分、生物。 嫦娥四号今后将通过对片区域的巡视探测，获取月球背面的图片、影像，甚至表面和内部的样本，对月球表面的岩石土壤、温度、光照、浮尘的特征及形成机理、低频射电天文、演化历史等进行研究，并且利用月球背面得天独厚的无干扰低频射电天文环境进行探
索性的天文观测，为将来我国乃至人类对月球的开发利用提供第一手资料。 月球的神秘面纱必将慢慢揭开，不仅能满足人类的好奇心，还可以深入地解开某些月球之谜，如月球来自何方，如何形成，是否有生物，是否适宜人类居住和未来的移民等。 人类能够不断向上的发展，根本在于对未知的不断探索。“登月探索”便是其中之一。1959年苏联发射的月球三号太空船完成绕月飞行，拍摄了月球背面的第一张照片，正式揭开月球背面的神秘面纱。1968年美国阿波罗8号环绕月球飞行时，人类第一次用眼睛看到了月球背面。到今天，人类共发射100多个月球探测器，其中有65个月球着陆器，但没有一个在月球背面成功软着陆。因为月球的自转和公转周期相同，人类自开始抬头仰望星空的那天起，就只能看到月球的正面，而对背面一无所知。 这次的由长征三号乙改进Ⅲ型运载火箭发射的嫦娥四号实现的人类首次月球背面着陆，终于也创造出来了一个「先驱者」般意义的成就与壮举，终于为中国航天事业给弥补上了这一空白。 这是近代以来中国人首次真正的前往从没有人去过的地方！这是一个“追赶”与“超越”的分水岭，我们大致上走完了别人走过的路，开始尝试走别人没有走过的路了。希望能够看到，在越来越多的领域，在越来越多的地方，中国人开始走别人从没走过的路，尝试新的方法，到达新的远方，体验新的感受，实现新的梦想。而这一切，都发生在我的有生之年，这是多么幸运的一件事情！去别人没去过的地方，做别人没做过的事情，是民族的未来所在。 “无论是从工程意义还是科学意义上看，嫦娥四号任务都是2018年国际科学界最具看点的任务之一。作为我国建设航天强国的
2013年12月3日，星期二，多云，气温6℃-17℃。 我国成功发射“嫦娥三号”探测器 今天凌晨1时30分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭成功将“嫦娥三号”探测器发射升空。“嫦娥三号”将首次实现月球软着陆和月面巡视勘察，为我国探月工程开启新的征程。 运载“嫦娥三号”的长征三号乙运载火箭完全按照“零窗口”准时发射。火箭飞行19分钟后，器箭分离，“嫦娥三号”顺利进入近地点高度210公里，远地点高度约36.8万公里的地月转移轨道。2时18分许，太阳翼展开。西昌卫星发射中心主任张振中随即宣布：“嫦娥三号”发射任务取得圆满成功。 “嫦娥三号”奔月飞行约需112小时，在此期间将视情况进行轨道修正。预计探测器将于12月6日飞行至月球附近，实施近月制动，进入100×100公里的环月圆轨道。 按照计划，“嫦娥三号”将于12月中旬择机在月球虹湾地区实现软着陆，开展月表形貌与地质构造调查、月表物质成分和可利用资源调查、地球等离子体层探测和月基光学天文观测等科学探测任务。“嫦娥三号”探测器由着陆器和巡视器（也叫月球车）组成。 和地球一样，月球上也有开阔的平地、高原，连绵不断的山脉，陡峭的崖壁，以及幽深的大沟。搭载在“嫦娥三号”上各种探测仪器能够让这些高山、岩石“开口说话”，从它们身上读出月球的历史故事。 在月球上，除悬崖峭壁之外，几乎所有月面都覆盖着一层厚厚的月壤。这些月壤主要由频繁撞击所产生的岩石碎屑、粉末等溅射物经过46亿年的累积形成，月壤下可能隐藏着人类所需要的宝藏，例如可供人类长期使用的清洁、安全、高效的核聚变燃料氦3。 跟随“嫦娥三号”落月的测月雷达、红外成像光谱仪以及粒子激发X射线谱仪，将在月球进行实地勘探，探明月球表面的物质成分以及可利用资源。 “嫦娥三号”的着陆器上搭载了两个观测仪器——月基光学望远镜和极紫外相机，它们将把月球作为平台，观测太空深处以及地球空间环境。 除了巡天，“嫦娥三号”还会观察它的故乡，在月球上观察地球的等离子体层。
嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略 摘要 本文以嫦娥三号登月为背景，研究的是嫦娥三号软着陆轨道设计与最优控制策略问题。根据动力学相关原理，建立了嫦娥三号软着陆轨迹模型，得到软着陆过程中各阶段的最优控制策略。 针对问题一，通过已知条件求解主减速阶段运动过程，通过水平位移量反推近月点位置。建立模型一确定近月点和远月点的位置，以及嫦娥三号速度大小与方向。首先以月球中心为坐标原点建立空间坐标系，根据计算的作用力可知地球影响较小，故忽略不计。然后将嫦娥三号软着陆看作抛物线的运动过程，计算在最大推力下的减速运动，求得月面偏移距离为462.4km，由此计算出偏移角度为15.25°。从而得出近月点和远月点的经纬度分别为（34.76°W，44.12°N）和（34.76°E，44.12°S）。最后在软着陆的椭圆轨道上，由动力势能和重力势能的变化，计算出嫦娥三号在远月点和近月点的速度分别为1700/和1615/，沿轨道切线方向。 针对问题二，我们根据牛顿第二定律，以每个阶段初始点以及终止点的状态作为约束，以燃料消耗最少作为优化目标，可以建立全局最优模型。而通过将轨迹离散化，进行逐步迭代从而求得每个阶段的水平位移，并分别得到软着陆过程中六个过程中的着陆轨迹方程以及其对应的最优控制策略。而在粗避障以及精避障阶段，我们将所给的数字高程图均分为9块，综合考量每一块的相对高程差和平坦度指标来选取最佳着陆点。在粗避障阶段，根据燃料消耗最少的目标，选择把先将主减速发动机关闭，在进行一段时间匀加速直线运动后再打开发动机，进行减速直线运动作为最优的控制策略。 针对问题三，首先我们改变近月点处到月表的距离和减速发动机的推力这两个因素，对嫦娥三号处的水平位移、燃料消耗等等因素进行灵敏度以及误差的分析，可以观察到近月点离月表的距离与水平位移和燃料消耗均呈线性正相关，同时注意到减速发动机的推力与水平位移呈线性负相关，与该燃料消耗却又呈线性正相关，这也与常识相符合。由于嫦娥三号在主减速段水平位移最大，因此我们选取该段从对近月点离月表的距离和减速发动机提供的推力变化两个变量来对模型进行阶段的误差分析，通过计算每个阶段时间的相对误差对最优化后的模型进行误差分析。 最后，本文对所建立的模型进行评价，指出优缺点并提出改进的方向。 关键词：抛物线；最优控制；线性正相关；相似度1.04% 一、问题重述 嫦娥三号于2013年12月2日1时30分成功发射，12月6日抵达月球轨道。嫦娥三号在着陆准备轨道上的运行质量为2.4t，其安装在下部的主减速发动机能够产生1500N 到7500N的可调节推力，其比冲（即单位质量的推进剂产生的推力）为2940m/s，可以满足调整速度的控制要求。在四周安装有姿态调整发动机，在给定主减速发动机的推力方向后，能够自动通过多个发动机的脉冲组合实现各种姿态的调整控制。嫦娥三号的预定着陆点为19.51W，44.12N，海拔为-2641m。 嫦娥三号在高速飞行的情况下，要保证准确地在月球预定区域内实现软着陆，关键问题是着陆轨道与控制策略的设计。其着陆轨道设计的基本要求：着陆准备轨道为近月点15km，远月点100km的椭圆形轨道；着陆轨道为从近月点至着陆点，其软着陆过程共
关于嫦娥三号的热点物理问题 科技背景： 2013年12月2日，“嫦娥三号”从西昌卫星发射中心成功发射。 2013年12月6日，嫦娥三号准确进入环月近圆轨道。 2013年12月14日，嫦娥三号成功着月，降落相机传回图像。 1、“长征三号乙”运载火箭燃料燃烧后，液体变成气体，体积增大，燃烧生成的气体高速喷出来了，使火箭获得巨大的反作用力而上升。 2、喷出来的高温气体，与发射塔下面的水进行热量交换，使水的温度升高。液体变成气体，发生汽化现象，气化后的水蒸气遇冷放热又发生液化，形成大团的白雾。 3、火箭喷出的气体，对下面有力的作用，根据力的作用是相互的，火箭得到一个向上的推力，当推力大于火箭自身重力的时候它就升上天了。 4、升天的过程中它的重力势能增大，动能也增大，所以机械能一直不停地增大。总的来说，火箭上升过程中内能最终转化为机械能。 5、在大气层的时候，因为与大气的剧烈摩擦，产生了热能，摩擦生热现象是机械能能转化为内能。 6、燃料的能量转化不可能是完全的，有机械损耗和热量损失，所以热机 （填大于、小于、等于）。 7、火箭工作时燃料的化学能转换成了热能，再转换成了动能，最后变成了机械能。 8、火箭上和月球探测器上安装有摄像机和照相机拍摄记录飞行过程以及月
面照片，照相机和摄像机的镜头相当于凸透镜，能成倒立、缩小的实像。 9、控制中心和测控站是利用电磁波来传递信号，控制火箭和嫦娥三号按预定轨道运行的，嫦娥三号拍摄的月球照片是通过电磁波传回地球的。 10、物体在月球上受到的重力只有地球上的六分之一，1.2吨质量的嫦娥三号探测器在月球上受到的重力是2000 N。 11、绕月运动的嫦娥三号探测器受到的是非平衡力作用（填“平衡力、非平衡力），其运动状态变化着（变化着、不变）在近月点时运动加快重力势能转化为动能，而在远月点时，速度减慢，动能增大，重力势能减少。 12、嫦娥三号探测器到达月球表面后，展开太阳能电池帆板，对着太阳方向，太阳能帆板工作时，将太阳能能转换为电能。 13、嫦娥三号探测器“玉兔号”月球车使用类似于坦克或推土机上的履带装置运动，而不使用车轮，这样做是为了增大摩擦便于爬坡和翻越障碍，还可减小对月球地面的压强（增大、减小），以防陷入月球尘土中。 14、嫦娥三号探测器在国际上首次利用测月雷达实测月壤厚度(1～30米)和月壳岩石结构(1～3千米)，雷达工作原理是利用电磁波测距、测速定位。 15、月球上没有空气，不能使用降落伞降落，只能使用反推力火箭产生的阻力实现探测器软着陆，这说力能改变物体的运动状态（即改变物体的运动速度和方向）。 16、月球上没有水、没有空气，月球上一天相当于地球上一个月，白天向着太阳的一面温度最高达120?C，而夜间温度会降至–180?C,其原因除了月球没有空气不能起保温作用外，还与月球砂石尘土的比热容比较小有关系。
我国成功发射嫦娥三号探测器 中国航天的发展一直偏重应用，而在纯科学的空间天文与深空探测方面，过去长期是空白的。所谓“深空探测”是指航天器脱离地球引力场，进入太阳系空间或更远的宇宙空间进行探测。现在世界范围内的深空探测主要包括对月球、金星、火星、木星、小行星等太阳系星体。与通讯卫星、导航卫星、遥感卫星等各类人造地球卫星相比，深空探测的实用价值可以说微乎其微，其意义更多在于天文学、理论物理等科学领域的前沿探索。 我国是直到进入21世纪才启动了探月工程，正式开始深空探测工作，即嫦娥探月工程。事实上，即便是嫦娥探月工程的提出和立项，也经历了多年的蹉跎。或许是受到日本发射飞天号月球探测器的刺激，我国早在20世纪90年代初就对月球探测的必要性和可行性进行了初步论证，并提出使用长征二号捆绑火箭发射月球撞击器的构想，不过由于种种原因，这个和日本飞天号一样仅有象征意义的探月方案并没有启动。 90年代后期我国再次论证探月方案，并对首次探月的科学目标进行了分析和研究，2000年中科院提出的月球探测器的科学目标和有效载荷通过论证和评审，随后中科院开始对载荷关键技术和地面处理应用系统进行研究，2002年中科院和航天部分提交了月球探测器立项报告。2003年8月15日印度独立日上，印度总理正式宣布研制月船一号月球探测器，在此影响下2004年1月我国正式启动嫦娥探月工程。
嫦娥探月工程分为三期，简称为“绕、落、回”。探月工程一期的“绕”，计划发射一颗月球轨道器进行绘制月面三维立体图像、探查月面物质成分等任务；探月工程二期的“落“，将发射一颗月球软着陆探测器，并携带一个月球车作为巡视器，两者联合进行地形地貌和地质结构的探查，并携带望远镜在月球表面仰望星空；探月工程三期的“回”，是指发射月球取样返回探测器，探测器降落到月球后，将自动采集月壤和月岩样品，最后由返回器带回地球。我国将通过难度逐步增加的“绕、落、回”的三步走，突破和掌握全套无人探月技术，为未来可能的载人登月积累经验并做好技术上的准备。 我国嫦娥探月工程虽然立项较晚，但作为国家重大科技专项，进展还是非常快的，先后于2007年、2010年发射嫦娥一号和嫦娥二号探月卫星，完成第一步“绕”，以及二期工程“落”的前期勘探和技术验证。今年这次发射嫦娥三号月球软着陆探测器将实现第二部“落”。月球南极被认为最有可能存在水，所以作为嫦娥三号的备份星的嫦娥四号可以考虑进行探测嫦娥四号将起到承上启下作用 那么，嫦娥探月工程会何时实现最后一步“回”？ 首先要介绍的是嫦娥四号，它是嫦娥三号的备份星，目前已经和嫦娥三号同步完成了正样研制。较早的资料表明，嫦娥三号的巡视器设计寿命3个月，而嫦娥四号设计寿命12个月，分析认为这种区别很可能是前者首次应用，在宣传口径上做了保留。 嫦娥一号和二号的总设计师叶培建院士曾提到，嫦娥四号将在嫦娥三号的基础上作一定的改进，而且运行时间只有几个月，结合他后来说
承诺书 我们仔细阅读了《全国大学生数学建模竞赛章程》和《全国大学生数学建模竞赛参赛规则》（以下简称为“竞赛章程和参赛规则”，可从全国大学生数学建模竞赛下载）。 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括、电子、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛章程和参赛规则的，如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们重承诺，严格遵守竞赛章程和参赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛章程和参赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，可将我们的论文以任何形式进行公开展示（包括进行网上公示，在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等）。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： A 我们的报名参赛队号为（8位数字组成的编号）：13003024 所属学校（请填写完整的全名）：理工学院 参赛队员(打印并签名) ：1. 煌 2. 江泽鹏 3. 章芳敏 指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)：王琛晖 （论文纸质版与电子版中的以上信息必须一致，只是电子版中无需签名。以上容请仔细核对，提交后将不再允许做任何修改。如填写错误，论文可能被取消评奖资格。） 日期： 2014 年 9 月 14日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：
编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：
嫦娥三号全景相机解读：将在月球拍摄国旗 正文 中新网北京12月13日电(记者张子扬)如果一切顺利，中国嫦娥三号月球探测器将于14日晚间在月面虹湾区附近软着落。届时，装载在月球车上的全景相机，将对着陆器以及上面的中国国旗进行成像，它的另一个科学目标，就是对月球表面形貌进行探测。 嫦娥三号探测器包括着陆器和巡视器(也称月球车)，总质量为3780千克。其中，着陆器质量约3640千克，巡视器质量为140千克。 据了解，此次嫦娥三号探测器共安装了八种有效载荷。着陆器上的四种有效载荷分别是，地形地貌相机、降落相机、极紫外相机、月基天文望远镜。巡视器上也有四种有效载荷：全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪。 按照计划，当嫦娥三号安全着陆后，巡视器将从着陆器上缓慢走下，两器将开始进行各自独立的探测任务。安装在着陆器上的地形地貌相机和配备在巡视器上的全景相机，将互拍照片，“嫦娥”与“玉兔”号将实现“两两相望”。 届时全景相机能否将拍到的中国国旗传回地球，以及自身是否顺利展开月球表面形貌进行探测，颇为关键。 作为全景相机的主任设计师，杨建峰在受访时告诉记者，这次担负重任的全景相机有三个创新，应当能保证它全力完成“答卷”。 杨建峰介绍称，嫦娥一号、嫦娥二号以及中国深空探测前期的相机全是黑白的，“此次我们使用的是彩色相机，在同样分辨率的情况下，彩色(成像)是黑白(成像)数据量的四倍”。 杨建峰感慨道：“国旗的颜色很鲜艳，面对国旗拍照时，需尽可能呈现出的画面逼真，而全景相机的分辨率大概是一个小米粒那么大，是否拍得清晰，这是非常关键的技术。 全景相机的第二个创新是可以旋转360度。杨建峰称，相机工作时，有可能正对着太阳造成逆光，也有可能是顺光、侧光等。不同光的条件下，相机里面的曝光量差别非常大。嫦娥一号、嫦娥二号的曝光只有几档，而嫦娥三号的曝光档数增加了不少。 “第三个创新是温度环境。”杨建峰说，“与其他载荷在夜间工作有所不同，全景相机主要是在白天工作，要经受高温的考验。” 据杨建峰透露，之所以全景相机不惧怕高温，是因科研人员使用了一种特殊的膜贴在相机头上，相当于给相机戴了个“安全帽”，可以发挥良好的散热功效。 “即便面对150度的高温，也会安然无恙。”杨建峰说。(完) 延伸阅读： 总设计师详解嫦娥三号计划拍摄国旗存登月证据 “我们还设计拍摄中国国旗，这也是我们上了月球的一个证据。”叶培建介绍，抵达月面后，分开工作的着陆器和月球车可以互相监视，用各自携带的相机"互拍"，到时候着陆器 就会拍下月球车上的国旗标志，再传回地面…［详细］ (责任编辑：UN641)原标题：从拍国旗到探月貌解密嫦娥三号上的“全能战士”
嫦娥三号登月【高三作文】 今年的12月2日是我国特殊的日子--“嫦娥三号卫星”发射的日子，全国人民都万分激动的期待着和关注着这一刻的到来。 凌晨2点17分，承载着中国探月新梦想的嫦娥三号就将怀抱“玉兔”准时在西昌发射，在现场的人们和坐在电视机前的人们都抑制着 激动的心情等待着火箭的发射。坐在电视机前的我情绪也是激动无比，正在这时，几只蝙蝠从外面飞了进来，那黑幽幽的蝙蝠扰乱了我们全家人激动的心情，离火箭发射没剩几分钟了，正因为我怕蝙蝠，所以爸爸带上太阳镜到客厅里把灯开了，才把蝙蝠赶走了。 “一分钟准备！”2日1时29分，零号指挥员洪亮的声音，在静谧的山谷间骤然响起。“5、4、3、2、1，点火！”1时30分，指挥员发出铿锵有力的口令，发射控制台操作手白春波迅速按下了红色点火按钮。 刚好爸爸进来时，时间正好到了，发射！火箭一二级分离、火箭二三级分离，三级发动机一次关机、三级发动机二次点火……器箭组合体始终保持正常飞行姿态。2日1时48分许，器箭分离。 北京航天飞行控制中心传来数据显示，卫星在太平洋上空正高速进入近地点210公里、远地点约36。8万公里的地月转移轨道…… 2日2时18分许，太阳翼展开。火箭发射成功！看到眼前壮观而又雄伟的这一幕时，我惊呆了，简直不敢相信自己的眼睛，高兴地欢呼起来，又蹦又跳，我们全家都分外高兴，在现场的工作人员终于松了一口气了，也很高兴，有的互相握握手，有的互相拥抱一下，表
示庆祝。 以后，等我长大了，也要学学这些科学家们，要比他们更厉害，发明出世界上独一无二的更先进的科学仪器，为祖国的航天事业做贡献。同学们，只要我们一起努力，付出的汗水滴在中国这块沃土上，我们的中国就会成为一颗光芒四射的明珠，让我们一起用行动为美好的中国梦奋斗！
2014高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：
嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略 摘要：根据题目附录和文献[4]中提供的嫦娥三号的运行参数，利用角动量守恒及向量几何的方法，分别确定了近日点、远日点的位置向量和速度向量。与文献[4]的真实数据比较发现吻合良好。 本文重点关注优化减速控制与着陆点避障两方面：前者燃耗最大，后者决定着陆成败。 首先，在多重坐标变换基础上，建立了飞行器制动的动力学方程。并以燃耗为最优化性能指标、近月点状态为初始条件、着陆点状态为终端条件，利用极值原理求解飞行器的着陆轨迹，及其最优控制参数。 其次，对避障阶段采集的高程图采取水平剖分、比较高程方差的方法，解出最优降落点。 关键词：软着陆；最优轨道；避障
1、问题重述 嫦娥三号于2013年12月2日1时30分成功发射，12月6日抵达月球轨道，于北京时间12月14号在月球表面实施软着陆。嫦娥三号在着陆准备轨道上的运行质量为2.4t，安装在其下部的主减速发动机能够产生1500N到7500N的可调节推力，其比冲（即单位质量的推进剂产生的推力）为2940m/s，可以满足调整速度的控制要求。嫦娥三号四周安装了姿态调整的发动机，在给定主减速发动机的推力方向后，能够自动通过多个发动机的脉冲组合实现各种姿态的调整控制。嫦娥三号的预定着陆点为19.51W，44.12N，海拔为-2641m。 嫦娥三号在高速飞行的情况下，为了保证嫦娥三号能准确地在月球预定区域内实现软着陆，关键的问题是着陆轨道与控制策略的设计。其着陆轨道设计的基本要求如下：着陆准备轨道为近月点15km，远月点100km的椭圆形轨道；着陆轨道为从近月点至着陆点，其软着陆过程共分为6个阶段，要求满足每个阶段在关键点所处的状态；尽量减少软着陆过程的燃料消耗。 根据上述的基本要求，建立数学模型解决下面的问题： （1）计算其着陆准备轨道近月点和远月点的位置，以及嫦娥三号相应速度的大小与方向。 （2）确定嫦娥三号的着陆轨道和在6个阶段的最优控制策略。 （3）对于设计的着陆轨道和控制策略进行相应的误差分析和敏感性分析。 2、问题分析 2.1技术背景
1．嫦娥三号软着陆过程简介 1.1 着陆准备轨道： 着陆准备轨道即在进行改变探测器速度前的准备阶段。此时探测器还在椭圆轨道上，轨道的近月点是15km远月点是100kn。为确定探测器着陆点的位置，我们需确定近月点在月心坐标系的位置和软着陆轨道形态。 1.2 主减速段： 主减速段主要任务即将探测器的飞行速度降到57m/s。该段区间是距离月球 表面15km到3km采用惯性、激光、微波测距测速制导；使用主发动机来提供动力，姿态发动机来改变主发动机即加速度的方向。 1.3 快速调整段：快速调整段的主要是利用姿态发动机，调整探测器姿态，使其在距离月面3km到 2.4km这段区间内完成将水平速度减为0m/s的任务，即使主减速发动机的推力竖直向下进入粗避障阶段。 1.4 粗避障段： 粗避障段的范围是距离月面2.4km到100m区间，其主要是分析星光下光学敏感成像图片，启动姿态发动机，粗步避开大的陨石坑，实现在设计着陆点上方100m处悬停，并初步确定落月地点。 1.5 精避障段： 精细避障段的区间是距离月面100m到30m要求嫦娥三号悬停在距离月面100m 处，对着陆点附近区域100m范围内拍摄图像，并获得三维数字高程图。分析三维数字高程图，避开较大的陨石坑，确定最佳着陆地点，实现在着陆点上方30m处水平方向速度为0m/s。 1.6 缓速下降阶段： 缓速下降段主要是保证着陆月面的速度和姿态控制精度,要以较小的设定速度匀速垂直下降, 消除水平速度和加速度, 保持着陆器水平位置, 之后关闭发动机。缓速下降阶段的区间是距离月面30m到4m要求着陆器在距离月面4m处的速度为0m/s，即实现在距离月面4m处相对月面静止，之后关闭发动机，使嫦娥三号自由落体到精确有落月点。嫦娥三号软着陆各阶段的轨迹如图（）所示
嫦娥三号成功发射的意义 篇一：2014 高考作文素材：嫦娥三号成功发射 北京时间 2 日凌晨 2 时 17 分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，将中国探月工程二期 的嫦娥三号月球探测器成功送入太空。 在夜幕中飞行约 18 分钟后，火箭将嫦娥三号送入近地点高度 200 公里、远地点高度约 38 万公里的地 月转移轨道。 据了解，嫦娥三号奔月飞行约需 112 小时，在此期间将视情况进行轨道修正，预计探测器将于 12 月 6 日飞行至月球附近，实施近月制动，进入 100×100 公里的环月圆轨道。 按照计划，嫦娥三号于 12 月中旬择机在月球虹湾地区实现软着陆，将开展月表形貌与地质构造调查、 月表物质成分和可利用资源调查、地球等离子体层探测和月基光学天文观测等科学探测任务。 嫦娥三号探测器和长征三号乙运载火箭均由中国航天科技集团公司负责研制。与发射嫦娥二号卫星火 箭相比，用于此次发射的火箭进行了多项技术状态更改，突破了多项关键技术，进一步提高了可靠性和安 全性。此次任务是长征系列运载火箭的第 186 次发射。 探月工程是中国 16 项国家科技重大专项之一，是继人造地球卫星、载人航天之后，中国实施的又一 重大航天工程，规划为绕、落、回三步曲。2007 年 10 月成功发射的嫦娥一号卫星，在轨有效探测 16 个月， 顺利完成第一期环球绕月探测任务。第二期任务的先导星嫦娥二号于 2010 年 10 月成功发射，目前飞离地 球已突破 6000 万公里，完成了一系列既定任务和拓展任务。 而嫦娥三号将主要实现月球表面软着陆和月球巡视探测，是探月工程三步走中的关键一步，具有重要 的里程碑意义。 探月工程总设计师吴伟仁在受访时称，中国有望在 2020 年前实现月球无人采样返回，从而完成无人探 月工程绕、落、回三个探测阶段，为下一步载人探月奠定基础。 篇二：嫦娥三号“奔月”,意义何在？ 嫦娥三号“奔月”，意义何在？ 1、嫦娥三号登月的里程碑意义。 “嫦娥三号”月球探测器于 12 月 2 日 1 时 30 分 00 秒 34 毫秒，在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载 火箭成功点火推上太 三号”携带“玉兔号”月球车首次开始 万公里之外的月球之旅。嫦娥三号 3780 公斤，搭载的月球车重量约 140 美国和前苏联的月球车重量更小， 加齐全。运载火箭将嫦娥三号直接 转移轨道飞行约 5 天，进入 100 公 轨道飞行约 4 天，变轨进入 15 公里空。“嫦娥了奔向 38 重量约为公斤，比功能也更送入地月里环月 圆*100 公里椭圆轨道，再飞行约 4 天后，从高度约 15 公里的近月点开始慢慢由动力控制软着陆，成功后探 测器释放玉兔月球车，开展预定的月面巡视勘察，月表形貌与地质构造调查等一系列科学探测。
嫦娥三号月球探测器资料 嫦娥三号月球探测器资料 北京时间２０１３年１２月２日１时３０分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功将“嫦娥三号”探测器发射升空。 嫦娥三号月球探测器由着陆器和巡视器共同组成。与嫦娥一号、二号不同，嫦娥三号不再称为卫星，而是称作“探测器”，包括着陆器和月面巡视器。 ２０１３年１１月２６日嫦娥三号月球车得名“玉兔”在我国首辆月球车全球征名活动中，近６５万网民投票“玉兔”号。 嫦娥三号月球探测器总重近３．８吨。在月球表面软着陆后，“玉兔”号将驶离着陆器进行为期约３个月的科学探测，着陆器则在着陆地点进行就位探测。按照计划，将于１２月中旬择机在月球虹湾地区实现软着陆，开展月表形貌与地质构造调查、月表物质成分和可利用资源调查、地球等离子体层探测和月基光学天文观测等科学探测任务。２０１７前后将开展探月工程第三期任务，主要是实现月球表面软着陆并采样返回。 “人类探月一般遵循“探”“登”“驻”三大步。中国探月工程将第一大步“探月”细分为三期——即“绕”“落”“回”三小步。 绕月探测工程，由嫦娥一号卫星承担。“绕月”任务圆满完成后，进入探月工程二期“落月”阶段，“落月”主任务由嫦娥三号承担。嫦娥二号由嫦娥一号“备份星”转为嫦娥三号“先导星”。嫦娥三号是中国首个在地球以外天体实施软着陆的航天器，将实现探月工程二期“落”的工程目标。 与嫦娥一号、二号相比，嫦娥三号探测器的技术跨度大、设计约束多，结构也更为复杂，主要包括着陆器和巡视器两大部分，其中巡视器，俗称月球车，由９个分系统组成；而着陆器是为了实现月面软着陆专门量身定做的新型航天平台，具有１１个分系统。 嫦娥三号探测器由运载火箭发射升空后，经发射段、地月转移段、环月段和动力下降段等过程，飞行大约１４天的时间，将以软着陆的方式降落在月球虹湾地区；之后，着陆器释放巡视器；两器分离后，各自独立开展月面探测工作。与以往航天器相比，嫦娥三号最大的特点就是首次在地球以外天体执行软着陆及月面巡视勘察任务，创造了中国航天史上的又一第一。嫦娥三号在飞行任务期间，将重点实现三大工程目标。一是突破月球软着陆、月面巡视勘察等关键技术，提升航天技术水平；二是研制月球软着陆探测器和巡视探测器，建立地面深空站，具备月球软着陆探测的基本能力；三是建立月球探测航天工程基本体系。此外，嫦娥三号还将开展月表形貌和地质构造调查、月表物质成分及其可利用资源的调查、日－地－月空间环境探测与月基天文观测等科学探测，对中国后续探月工作发挥重要作用，将有效促进深空探测领域的发展。 探月工程二期是我国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步，是承前启后的关键一步，包括嫦娥二号、嫦娥三号和嫦娥四号任务。其中，先导星嫦娥二号在完成环
嫦娥三号探测器 万权 （高分子材料2班，01210322y05） [摘要] 嫦娥三号将是中国发射的第一个地外软着陆探测器和巡视器(月球车)，也是月球24号结束后重返月球的第一个软着陆探测器,是探月工程二期（落）的关键任务，起承上启下的作用。 叶培建介绍，嫦娥三号探测器将突破月球软着陆、月面巡视勘察、月面生存、深空探测通信与遥控操作、运载火箭直接进入地月转移轨道等关键技术。 [关键词] 嫦娥三号探测器中国航天技术月球车着陆器 [中图分类号] [文献标识码]：文章编号： 1引言 嫦娥三号卫星是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器，嫦娥三号由着陆器和巡视探测器（即“玉兔号”,月球车）组成，进行首次月球软着陆和自动巡视勘察，获取月球内部的物质成分并进行分析，将一期工程的“表面探测”引申至内部探测。嫦娥三号其中着陆器定点守候，月球车在月球表面巡游90天，范围可达到5平方公里，并抓取月壤在车内进行分析，得到的数据将直接传回地球。 嫦娥三号探测器已于2013年12月2日凌晨1:30分在四川省西昌卫星发射中心发射。 “嫦娥三号”将携“玉兔号”月球车首次实现月球软着落和月面巡视勘察，并开展月表形貌与地质构造调查等科学探测。 2013年9月11日嫦娥三号乘飞机转运，于12日10时抵西昌卫星发射中心。 2013年11月26日月球车正式命名为玉兔号。 2013年12月6日傍晚17时53分，嫦娥三号成功实施近月制动顺利进入环月轨道 2013年12月10日21时20分，嫦娥三号在环月轨道成功实施变轨控制，进入预定的月面着陆准备轨道。 2013年12月14日21时11分，嫦娥三号在月球正面的虹湾以东地区着陆。 2013年12月15日凌晨，嫦娥三号搭载的“玉兔”号月球探测器成功与嫦娥三号进行器件分离。 2 机械设计及其本质 嫦娥三号由着陆器和“玉兔号”月球车组成，在月球表面软着陆后，联合开展着陆器的就位探测和月球车的巡视探测。 探测器发射质量约3.7吨，着陆器质量约1.2吨，月球车质量约120千克，可载重20千克，计划在2012年冬至2013年春之间使用长征三号乙火箭发射。嫦娥三号探测器将使用X波段测控，新建成的35米和64米大直径天线和原有的VLBI结合进行轨控定位。嫦娥三号探测器的着陆器将在15公里高度开启发动机反推减速；2公里以上高度实现姿态控制和高度判断，转入变推力主发动机指向正下方的姿态；2公里以下进入缓慢的下降状态，100米左右着陆器悬停，降落相机进行月面识别，着陆器自动判断合适的着陆点，下降到距离月面4米高度时进行自由下落着陆。 由于月球自转和公转都是28天，月夜长达14天，为了保证着陆器的能源供应，嫦娥三号使用了RTG同位素电池，这将是中国首次将核能用于航天器。嫦娥三号着陆器携带了7套仪器，包括一台紫外波段天文望远镜。月面天文望远镜可以规避地球大气影响，观测精度大大提高。嫦娥三号的月球车
嫦娥三号软着陆轨道位置与速度建摸 嫦娥三号成功发射并抵达月球轨道。其着陆轨道设计的基本要求：着陆准备轨道为近月点15km，远月点100km的椭圆形轨道。文章建立数学模型解决着陆准备轨道近月点和远月点的位置，以及嫦娥三号相应速度的大小与方向。 标签：着陆轨道设计；近月点位置；建模 1 简单分析 将嫦娥三号的主减速阶段的运动情况简化为水平方向和竖直方向的运动，然后单独分析两个方向的运动情况，将距离转换为经纬度，即求出了位置。可将求近月点和远月点的速度问题转化为求沿椭圆轨道运行卫星的线速度问题，最后根据开普勒第二定律和机械能守恒定理就可求出速度大小。至于速度的方向，根据曲线运动的特点以及嫦娥三号的运行方向即可确定速度方向。 2 基本假设 （1）假设月球的自传对着陆器没有影响；（2）假设忽略日、地引力摄动等环境干扰引起的误差；（3）假设月球近似为一个质量均匀的标准球体，为一个质点。 3 模型的建立与求解 3.1 速度大小模型的建立 嫦娥三号围绕月球做轨迹为椭圆的圆周运动，着陆准备轨道为近月点15km，远月点100km的椭圆形轨道。 H为远月点到月面的距离；h为近月点到月面的距离。求嫦娥三号在近月点和远月点的速度，也就是求它在近月点和远月点相应的线速度，为此我们将月球看作是一个质点，将嫦娥三号也看做是一个质点，忽略月球重力场和月球自转对嫦娥三号做椭圆运动的影响，所以将问题转化为求沿椭圆轨道运行卫星的线速度问题。图1表示了卫星沿椭圆轨道运行情况示意图： 对比近月点A和远月点B，由卫星总机械能守恒可有： M为月球的质量m为嫦娥三号的质量vA是近月点的线速度vB 为远月点的线速度。 又根据开普勒第二定律可知：vA（a-c）=vB（a+c）（2） 联合（1）、（2）式可解得：v■=■■ v■=■■ 其中G为引力常数。
编辑 嫦娥三号卫星是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器，嫦娥三号由着陆器和巡视探测器（即“玉兔号”,月球车）组成，进行首次月球软着陆和自动巡视勘察，获取月球内部的物质成分并进行分析，将一期工程的“表面探测”引申至内部探测。[1]嫦娥三号其中着陆器定点守候，月球车在月球表面巡游90天，范围可达到5平方公里，并抓取月壤在车内进行分析，得到的数据将直接传回地球。[2] 嫦娥三号探测器已于2013年12月2日凌晨1:30分在四川省西昌卫星发射中心发射。“嫦娥三号”将携“玉兔号”月球车首次实现月球软着落和月面巡视勘察，并开展月表形貌与地质构造调查等科学探测。 2013年9月11日嫦娥三号乘飞机转运，于12日10时抵西昌发射场。 2013年11月26日月球车正式命名为玉兔号。 2013年12月6日傍晚17时53分，嫦娥三号成功实施近月制动顺利进入环月轨道[3] 2013年12月10日21时20分，嫦娥三号在环月轨道成功实施变轨控制，进入预定的月面着陆准备轨道。 2013年12月14日21时11分，嫦娥三号在月球正面的虹湾以东地区着陆。[4] 目录 1概况 发射火箭 携带仪器 探月卫星 月球车 承担任务 着陆点 月球软着陆 2任务经过 发射 轨道修正 近月制动 降轨控制 3研制进展 发射时间 发射地点 突破 最后准备 完成总装 4技术特点 长征3号乙增强型火箭发射 月夜生存 软着陆 月球车 降落伞 技术风险 5发射意义
7征名活动 8载人登月 1概况 嫦娥三号实物模型揭神秘面纱 嫦娥三号将是中国发射的第一个地外软着陆探测器和巡视器(月球车)，也是月球24号结束后重返月球的第一个软着陆探测器,是探月工程二期（落）的关键任务，起承上启下的作用。叶培建介绍，嫦娥三号探测器将突破月球软着陆、月面巡视勘察、月面生存、深空探测通信与遥控操作、运载火箭直接进入地月转移轨道等关键技术。 发射火箭 “嫦娥三号”探月卫星将使用长征三号乙增强型运载火箭发射。长征三号乙增强型火箭在长征三号乙火箭的基础上开展了六大专项技术攻关，以确保“嫦娥三号”完美探月。 这六项技术包括：发射窗口由少变多、“两只眼睛”提高入轨精度、嫦娥三号“坐椅”量身打造、可靠性再跃升、运载能力提高、“现场直播”火箭飞行过程。 携带仪器 嫦娥三号着陆器上携带了近紫外月基天文望远镜、极紫外相机， 长征三号乙运载火箭 巡视器上携带了测月雷达。这些都是世界月球探测史上的创举。 嫦娥三号任务将首次获得月球降落和巡视区的地形地貌和地质构造，并将首次实现月夜生存。 月球的一个昼夜相当于地球的14个昼夜，白天最高温达到150摄氏度夜晚最低则达到-180摄氏度。月面生存热控制系统的关键突破将是重要看点。 嫦娥三号除了使用嫦娥二号已经验证的部分数据，还将增加测距测速雷达和激光测距仪。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星，但将完成不同的探测任务。 探月卫星 与“嫦娥一号”的探月轨道不同，将来“嫦娥三号”卫星将不再采取多次变轨的方式，而是直接飞往月球。“嫦娥三号”要携带探测器在月球着陆，实现月面巡视、月夜生存等重大突破，开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成分等探测活动。根据中国探月工程三步走的规划，中国将在2013年左右实现月球软着陆探测自动巡视勘查。 月球车 中国多所高校及科研所已研制出10多个月球车样本，将分别为月球车最终定型提供技术支持，其中，嫦娥三号月球车地面模拟车东南大学（南京）造。 他说，月球车的名字叫“中华牌”。国产月球车通过轮子“行走”，轮子上面是一个“箱子”，两
A题嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略 摘要 本文在充分了解问题背景和参考资料前提下，通过建立动力学模型和非线性规划模型对嫦娥三号软着陆轨道进行设计，从而制定软着陆各个阶段的最优控制策略。最后运用协方差分析法对所设计的着陆轨道和控制策略做相应的误差分析和敏感性分析。 针对问题一，我们首先根据近月点、月心和着陆点在同一经度平面的特点，以此 平面为基础建立月心坐标系，将空间位置问题转化为平面几何问题。然后在嫦娥三号 θ=，软着陆的主减速段建立动力学模型，求得主减速段末端位置到近月点的极角7.53 再结合地理和几何知识确定出着陆准备轨道近月点位置为19.51,36.59 W N，距月球表面15km；根据远月点和近月点的对称关系，易得远月点位置为160.49,36.59 E S，距月 球表面100km。最后，运用牛顿定律求得嫦娥三号在近月点速度大小为1.6725/ km s， 其方向垂直于纵坐标轴水平向右；同理可得在远月点速度大小为1.6334/ km s，其方向垂直于纵坐标轴水平向左。 针对问题二，我们首先确定嫦娥三号软着陆的始末状态，初步确定软着陆轨道主要由主减速段的抛物线轨迹和后面各阶段竖直方向上的直线轨迹两部分组成。然后对软着陆轨道进行离散化，以最少燃料消耗为目标函数，建立非线性规划模型和优化模型。接着运用遗传算法进行轨道设计的仿真计算，得到月心距、极角、径向速度和横向速度随时间的变化曲线，根据这四个运行参数的变化情况对软着陆轨道进行详细刻画。最后结合问题一得到的结果和以上四个运行参数的变化情况，制定6个阶段的最优控制策略。 针对问题三：要求对问题二设计的着陆轨道和控制策略做相应的误差分析和敏感性分析。首先由协方差分析法原理确定影响误差主要有：位置误差和速度误差。通过计算向月飞行轨道误差的协方差迭代方程、检验其显著性与分析敏感性结果可知，需要对问题二所设计的轨道和控制策略进行中途修正和改进。 文章的最后，对三个问题所建立的模型进行评价和改进，具有一定的参考价值。 关键词：动力学模型非线性规划最优控制策略遗传算法协方差分析
嫦娥三号发射观后感作文 今年的12月2日是我国特殊的日子--嫦娥三号卫星发射的日子，全国人民都万分激动的期待着和关注着这一刻的到来。 凌晨2点17分，承载着中国探月新梦想的嫦娥三号就将怀抱玉兔准时在西昌发射，在现场的人们和坐在电视机前的人们都抑制着激动的心情等待着火箭的发射。坐在电视机前的我情绪也是激动无比，正在这时，几只蝙蝠从外面飞了进来，那黑幽幽的蝙蝠扰乱了我们全家人激动的心情，离火箭发射没剩几分钟了，正因为我怕蝙蝠，所以爸爸带上太阳镜到客厅里把灯开了，才把蝙蝠赶走了。 一分钟准备!2日1时29分，零号指挥员洪亮的声音，在静谧的山谷间骤然响起。5、4、3、2、1，点火!1时30分，指挥员发出铿锵有力的口令，发射控制台操作手白春波迅速按下了红色点火按钮。 刚好爸爸进来时，时间正好到了，发射!火箭一二级分离、火箭二三级分离，三级发动机一次关机、三级发动机二次点火器箭组合体始终保持正常飞行姿态。2日1时48分许，器箭分离。 北京航天飞行控制中心传来数据显示，卫星在太平洋上空正高速进入近地点210公里、远地点约36.8万公里的地月转移轨道 2日2时18分许，太阳翼展开。火箭发射成功!看到眼前壮观而又雄伟的这一幕时，我惊呆了，简直不敢相信自己的眼睛，高兴地欢呼起来，又蹦又跳，我们全家都分外高兴，在现场的工作人员终于松了一口气了，也很高兴，有的互相握握手，有的互相拥抱一下，表示庆祝。 以后，等我长大了，也要学学这些科学家们，要比他们更厉害，发明出世界上独一无二的更先进的科学仪器，为祖国的航天事业做贡献。同学们，只要我们一起努力，付出的汗水滴在中国这块沃土上，我们的中国就会成为一颗光芒四射的明珠，让我们一起用行动为美好的中国梦奋斗! 嫦娥三号成功发射的光荣和梦想 北京时间2日凌晨2点17分，在西昌卫星发射中心，长征三号乙运载火箭将中国探月工程二期的嫦娥三号月球探测器成功送入太空。2时21分，西昌卫星发射中心主任张振中宣布：根据北京中心计算结果，嫦娥三号探测器已准确进入预定轨道。现在我宣布，嫦娥三号发射任务取得圆满成功! 虽已是凌晨，但无数人仍守候在电脑前、电视机前，加油、欢呼和祝福。所有的等待都很值得，所有的欢愉都很真实，所有的祝福也都真诚。
嫦娥二号发射时间 10月1日18：59"57' 2010年09月30日 10:25:00 重庆晚报 点击图片查看下一页
郑瀚制图 中国探月工程新闻发言人昨日发布消息：嫦娥二号卫星和火箭已完成发射场区的测试和检查，测试结果正常，完全满足发射的技术条件。将于10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心发射。如果遇到气候等原因，不能在第一窗口时间发射，还选择了10月2日和3日择机发射。 今日开始加注火箭推进剂 嫦娥二号发射场区指挥部昨日研究决定，拟于今日开始加注火箭推进剂。 发射中心总工程师陶钟山介绍说，运载火箭若开始加注低温推进剂，则意味着必须发射。因为前两级加注的推进剂偏二甲肼和四氧化氮剧毒，且第三级将注入液氢，液氢沸点为-252.7℃，易爆炸。如果改变发射计划，卸载推进剂将付诸更大的成本和承担更大安全风险。 发射日选在国庆是巧合 专家介绍，探月卫星的发射日期选择受很多因素的影响，包括地日月的运动规律、太阳对飞行过程中能源采集的影响，还有发射场的气候、火箭运载能力的限制和卫星能力的限制等，要综合这些因素来选择发射窗口。像发射嫦娥二号卫星的发射窗口，一年大概也就三到四次机会。 陶钟山介绍说，这次嫦娥二号任务大致开了3个发射窗口，分别在10月1日晚上7时左右，2日晚上8时10分左右，3日晚上10时20分左右。 卫星系统总设计师黄江川表示，发射日期选在国庆期间是巧合。 发射瞄准“零窗口” 中国探月工程有关负责人昨日表示，嫦娥二号将力争实现“零窗口”发射，为后续实施变轨和开展科学试验提供良好条件。 “零窗口”发射是指在一定长度的发射窗口时间内，紧贴窗口上沿即最优时间实施发射。如发射窗口为1时至1时30分，“零窗口”就是指1时整。 “如果在‘零窗口’发射，卫星无需中途修正就能进入预定轨道，可以节省燃料从而为后续工作留下更多动力。”陶钟山说。 嫦娥二号卫星携带燃料为1300多公斤。计算表明，在35分钟的窗口时间内，“零窗口”发射能比按照后沿发射节省180公斤燃料。 天气条件无不利影响 据悉，从目前情况来看，10月3日前，西昌卫星发射中心天气以阴天间多云为主，有阵性降水。据中国气象局国家空间天气预警中心的判断，预计今日到国庆假期前期，空间天气平稳，太阳活动水平低，对嫦娥二号发射没有不利的影响。