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叶培建（1945 年 1 月—），空间飞行器总体、信息处理专家，中国科学院院士。
主要从事卫星总体设计和信息处理研究工作。
在嫦娥方案的选择和确定、关键技术攻关、大型试验策划与验证，以及卫星研制等方面做出了系统性、创造性的重大贡献。
2019 年获“人民科学家”国家荣誉称号。
叶培建“嫦娥”奔月，走别人没走过的路初入航天勤攻关20 世纪 80 年代，叶培建博士毕业后，毫不犹豫地选择回国，在控制工程研究所任职。
初入航天事业的叶培建，一上任就向国内空白的领域发起攻关，进行了一系列开创性的研究工作，尤其是他带领研发的火车红外热轴探测系统，在当时是一个开创性的科技项目。
通过反复实验和创新攻关，叶培建带领几个年轻人利用模式识别及人工智能知识对不同轴承进行类别判断、热模型的建立和信息的传输，最终自主研制开发了中国第一代火车红外热轴探测系统，确定了轴承滚动与滑动的模式区别方法，为铁路运输安全提供了现代化的保障。
这一系统当时在国内属于首创，上马以来一直是控制工程研究所的拳头产品，创造了可喜的经济效益，影响十分深远。
1989 年，“车辆热轴探测系统”获得了部级科技进步奖一等奖。
第一代传输型对地观测卫星多年来，叶培建一直从事控制系统、机器人视觉及计算机应用工作，而他更为人们所熟知的，是卫星研制领域的工作——主持制定了我国第一代传输型对地观测卫星总体方案及各个分系统的设计。
1993 年，叶培建担任“中国资源二号”卫星有效载荷副总师，开始了他领导卫星研制工程的历史。
1996 年，担任“中国资源二号”卫星的总师兼总指挥。
“中国资源二号”卫星属于传输型对地观测卫星，主要用于国土普查、城市规划、作物估产、灾害监测和空间科学实验等领域，在我国国民经济各行业的发展中发挥了广泛的作用。
这颗卫星技术起点高，研制难度大。
时任航天科技集团公司副总经理的马兴瑞曾说过，在我国已有的卫星中，这颗星是“最大最重的星，2020 年 7 月 23 日 12 时 41 分，长征五号遥四运载火箭搭载我国自主研发的“天问一号”火星探测器，在中国文昌航天发射场顺利升空。
2022年河北中考语文2022河北语文中考题及答案一．语言积累与运用（30分）：1.下列加点字注音完全正确的一项是（）(2分)A. 阴霾（mái）带挈（qì）姹（chà）紫嫣红B. 嗫（liè）嚅隘（ài）口韬（ tāo）光养晦C.惬（ qiè）意濒（bīn）临含辛茹（rú）苦D.悖（bèi）谬着（zhuó）落锲（qì）而不舍2.下列词语字形完全正确的一组是（）（2分）A. 抽壹琐屑适可而止颓恒断壁B. 嶙峋分泌未雨绸缪销声匿迹C. 怯懦蛊惑红装素裹死志不移D. 矜持萧条前呼后涌走投无路3．填在本段中横线处的词语最恰当的一项是( )（2分）借此机会，我愿重申，中国将高举和平、进展、合作旗帜，始终不渝走和平进展道路．始终不渝实施互利共赢的开放战略．连续致力于推动国际关系民主化,_______ 经济全球化朝着均衡、普惠、共赢方向进展,______人类文明沟通互鉴,_____人类赖以生存的地球家园,________世界和平稳定.A．推动促进呵护维护 B．推动提高呵护维持， C．推动提高爱护维护 D．推动促进爱护维持4.下列句子中没有语病的一句是（）（2分）A．在阅读名著的过程中，使我明白了做人的道理，感悟了人生的真谛。
B．三月的城南公园，繁花似锦，是一个漂亮动人的季节.C．小明收到了很多伴侣送来的礼物。
D．是否具有平安保障措施，这是北京奥运会能否举办胜利的重要条件之一。
5. 温家宝总理在十届全国人大四次会议记者款待会上回答香港《文汇报》记者的提问时说：“中国的总理懂得一个道理，就是知难不难，迎难而上，知难而进，永不退缩，不言失败。
”其中“知难不难”出自清代小说《儒林外史》其次十二回所引对联“读书好，耕田好，学好便好；创业难，_________，__________________”。
（2分）6.天灾无情人有情.为关心5.12四川汶川地区的受灾群众，义务献血的公民排起了长龙. 请拟一条以“公民无偿献血”为内容的公益广告词，字数在10～20字之间。
乐高嫦娥一号探月卫星教案成果简介2007年10月24日18时05分，中国第一颗绕月人造卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心成功发射。
2009年3月1日，“嫦娥一号”完成使命，成功撞击月球表面预定地点。
“嫦娥一号”有效载荷研制测试由中国科学院空间科学与应用研究中心负责，探测器本体由中国空间技术研究院研制，其上搭载了包括γ射线谱仪、X射线谱仪、太阳高能粒子探测器等在内的8种24台件科学探测仪器，主要任务是获取科学探测数据，为中国后续月球探测任务进行先期试验验证。
“嫦娥一号”卫星首次绕月探测的成功，是我国探月史上里程碑式的跨越，填补了中国在探月活动中的空白，为中国的探月工程研究打下了坚实的基础。
历史背景把20世纪50年代至70年代的冷战时期，美国和苏联曾展开了一场大规模的以月球探测为中心的空间科学技术竞赛。
到21世纪初，美、俄、欧、日、印等国不约而同地启动了月球探测计划，掀起了探月的新一轮高潮。
中国在探月领域的空白让中国科学家们多年来苦心钻研。
早在1994年，中国就已组织相关专家对开展月球探测的必要性和可行性进行初步分析与论证，但由于种种原因，探月计划一直未能启动。
至2000年8月，在国防科工委的组织下，由王大珩等9位院士和总装备部、航天科技集团、科技部、中科院和高等院校专家组成评审组，对中国科学院提出的“月球资源探测卫星的科学目标与有效载荷”进行了论证评审。
2001年，由中国科学院相关单位组成专家研究小组，开展有效载荷等关键技术的攻关和地面应用系统等的研究工作，10月，中国月球探测计划项目正式立项。
2004年，中国月球探测一期工程正式启动，各项工作进入工程实施阶段。
创新历程同其他探月国家不同的是，中国的探月活动不走寻常路，从立项到成功发射仅用了不到三年的时间。
研发周期短暂意味着项目工程时间紧、任务艰巨，大批国内顶尖的科学家为了项目的准时完成，夜以继日、辛勤工作。
承担“嫦娥一号”研制任务的是一个年轻的团队，平均年龄不到30岁，卫星副总指挥龙江34岁，副总设计师孙泽洲37岁，总体主任设计师饶炜36岁。
嫦娥一号卫星乐高知识点嫦娥一号卫星是中国第一颗探月卫星，于2024年10月24日成功发射并进入月球轨道。
该卫星的名称来自于中国古代神话中的仙女嫦娥。
它的发射和运行对中国的太空探索取得了重要的里程碑，以下是关于嫦娥一号卫星的乐高知识点。
1.卫星结构：嫦娥一号卫星由轨道器和着陆器两部分组成。
轨道器用于进入月球轨道，并且携带了各种科学仪器。
着陆器则用于在月球表面降落并展开太陽能电池板。
2.发射：嫦娥一号卫星是由长征三号乙火箭进行发射的，发射地点是中国的西昌卫星发射中心。
3.任务目标：嫦娥一号卫星的主要目标是进行月球轨道环绕和月球表面摄影测绘，同时也进行了一些科学实验和技术试验。
4.科学仪器：轨道器携带了多个科学仪器，包括激光高度计、微波辐射计、光谱相机等。
这些仪器用于测量月球的地形、岩石成分和环境等信息。
5.摄影测绘：嫦娥一号卫星在月球轨道上拍摄了大量的高分辨率照片，对月球表面进行了详细的测绘。
这些照片不仅对研究月球的地质结构和地貌演化有重要意义，还为后续的月球探测任务提供了宝贵的数据。
6.着陆器：嫦娥一号卫星上的着陆器是中国第一个登陆月球的航天器。
它成功降落在月球的广阔平原区域，展开了太阳能电池板并开始工作。
7.数据传输：嫦娥一号卫星通过与地面控制中心的通信连接，将获取的数据传输回地球。
这些数据包括摄影测绘的影像、科学实验的结果等。
8.生命周期：嫦娥一号卫星的设计寿命为一年，但它的实际运行时间要长得多。
在2024年3月1日，科学家在卫星上发现了异常情况，决定将其转移为长期的教学和科研活动，这一转变标志着嫦娥一号卫星正式退役。
9.科学成果：嫦娥一号卫星的任务取得了多项科学成果，包括月球表面的高分辨率图像、月球上的微波辐射测量数据等。
这些成果有助于深入了解月球的构造和演化。
10.探月工程：嫦娥一号卫星是中国“嫦娥工程”的重要一步。
嫦娥工程是中国探索月球的一系列任务，旨在实现人类对月球的综合探测和利用。
总结起来，嫦娥一号卫星是中国第一颗探月卫星，通过摄影测绘、科学实验等手段，取得了一系列科学成果。
嫦娥一号至三号简介第一篇：嫦娥一号至三号简介嫦娥一号至嫦娥三号资料简介嫦娥一号简介“嫦娥一号”（Chang’E1）是中国自主研制并发射的首个月球探测器。
中国月球探测工程嫦娥一号月球探测卫星由中国空间技术研究院研制，以中国古代神话任务“嫦娥”命名。
嫦娥一号主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。
嫦娥一号与2007年10月24日，在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。
嫦娥一号发射成功标志着中国成为世界上第五个发射月球探测器的国家。
“嫦娥一号”的探月过程： 1．升空2007年10月24日18时05分，长征三号甲运载火箭搭载“嫦娥一号”探月卫星直冲云霄，奔向遥远的月球，成功地进入环绕地球的预定轨道（即16小时轨道）。
2．环绕地球运行（1）第一次变轨。
25日17时55分，北京航天飞行控制中心按照预定计划，向在太空飞行的“嫦娥一号”卫星发出变轨指令，对其实施远地点变轨。
指令发出130秒后，卫星近地点高度由约200公里抬高到约600公里，变轨圆满成功。
这次变轨表明，“嫦娥一号”卫星推进系统工作正常，也为随后进行的3次近地点变轨奠定了基础。
这次变轨是“嫦娥一号”卫星在约16小时周期的大椭圆轨道上运行一圈半后，在第二个远地点时实施的。
（2）第二次变轨。
26日17时33分，北京航天飞行控制中心向“嫦娥一号”卫星发出指令，开始实施第二次变轨。
这是卫星的第一次近地点变轨。
11分钟后，远望三号测量船传来消息，卫星变轨成功。
变轨前，北京飞控中心对轨道参数及控制参数进行了精确计算，随后向在太空飞行了3圈处于近地点的“嫦娥一号”卫星发送了高精度控制指令，卫星主发动机准时点火，使卫星进入24小时周期椭圆轨道，远地点高度由5万多公里提高到7万多公里。
这次变轨为卫星在预定时间到达设计的地月转移入口点创造了条件。
（3）第三次变轨。
29日18时01分，“嫦娥一号”卫星成功实施第三次变轨，这也是卫星入轨后的第二次近地点变轨。
《“嫦娥“撞月》阅读答案 《“嫦娥“撞月》阅读答案 阅读下面文字，完成14—16题。 “嫦娥“撞月 2009年3月1日16时13分10秒，我国首个月球探测卫星“嫦娥一号”（下简称“嫦娥”）在科技人员的控制下整星成功撞月。至此，我国探月一期工程完美落幕。 “嫦娥”为什么要撞月呢？ 首先是为了深入了解月面物质的构成。这不但能发现其潜在的利用价值，更能从中获得太阳系天体早期演化过程的线索。这样的线索在地球、金星、火星等有大气和火山活动的行星上已难觅踪迹。在解释月球演化的学说中，最成功的一个是“岩浆海假说”。它认为月球形成早期曾有一个深达数百千米的熔融表层，轻的物质上升，重的物质下降。此说主要依据阿波罗登月宇航员带回的380千克月球岩石土壤样本和上世纪六七十年代的遥感资料。 经过阿波罗探月的喧闹，直到20世纪90年人，探月热潮才又兴起。先后有日本“飞天”探月器的子卫星“羽衣号”、美国的“月球勘探者号”、欧洲的“SMART—1”、印度的“月船撞击探测器”等多台探测器受控撞月。它们多半坠落于以往探月器未曾光顾的区域，采取获取图像和光谱分析相结合的方式来搜集以前未曾得到的数据，其中就包括曾轰动一时的极地水冰的发现。 目前，通过撞击月球获得月面及月面以下物质的光谱已成为主流做法。今年5月美国将发射名为“LRO”的母卫星以释放它的子卫星“LCROSS”来撞击月球极地，激起尘埃云；母卫星将在飞跃尘埃云时收集数据并传回地球。而“嫦娥一号”的落月点在月球东经52.36度、南纬1.50度的丰富海区域。这里距上世纪70年代前苏联发射的探月卫星“月球16号”及“月球20号”的着陆点不远，这两个探测器都曾把月球土壤样本带回地球。 “嫦娥”撞月还为将来我国探月工程的第二阶段“月面软着陆探测与自动巡视勘察”进行了技术积累，即进行着陆轨道控制试验。在“软着陆阶段”要攻克着陆轨道设计与制导、导航与控制等技术。尽管此次“嫦娥”整星撞月——在绕月轨道上没有其他探测器对撞月过程进行跟踪监测，但是这样获得的轨道控制经验也是任何国家都不会与人分享的，星上的CCD相机实时传回的清晰图像，为我国航天探月研究提供了民间常宝贵的资料。 14．下列表述，符合原文意思的一项是（）（3分） A．“嫦娥一号”成功撞月为我国探测月球工程画上了圆满的句号。 B．月球“岩浆海演化假说”主要依据宇航员带回的月面土壤样本。 C．月球极地水冰的重大发现依赖于图像获取和光谱分析的结合。 D．卫星撞月以印证获得的数据是当今人类探月工程的主流做法。 15．根据原文提供的信息，下列分析或推断不正确的一项是（）（3分） A．人类耗费巨大、艰辛备尝的探月活动，在上世纪大约沉寂了20年。 B．上世纪前苏联发射的“月球16号”对了解月面物质的构成立有战功。 C．撞月探测器坠落于以往探月器未涉足的区域，将使所获数据更全面。 D．“嫦娥”与前苏联“月球20号”着陆点相近，是为了论证前苏方的成果。 16．综观全文，此次“嫦娥”撞月留有的遗憾和取得的收获各是什么？（4分） 参考答案 （共10分） 14．C。[A项“为我国探测月球工程画上了圆满的句号”有误；B项“主要依据宇航员带回的月面土壤样本”有误；D项“以印证获得的数据”有误。] 15．D。[为了论证前苏方的成果”，推断无据。] 16．遗憾是没有获得月面和月面以下物质的光谱，因为在绕月轨道上没有其他探测器对撞月过程进行跟踪监测。收获是获得了轨道控制经验、星上的CCD相机实时传回的清晰图像，这些都是探月研究中异常宝贵的成果。 [评分标准：本题4分。“遗憾”，2分，答出“没有获得月面和月面以下物质的光谱”即可；“收获”，2分，“控制经验”和“传回图像”各1分。]
第34卷第1期 2008年2月 空间控制技术与应用 AerospaceControlandApplication 29
嫦娥一号卫星的制导、导航与控制 黄江川,张洪华,李铁寿,宗红 (北京控制工程研究所,北京100080)
摘要:嫦娥一号卫星是中国首颗月球卫星。卫星制导、导航与控制(GNC)任务复杂多变,对系统实时性、可靠性和精度要求较高。文章介绍嫦娥一号卫星GNC 系统组成、控制方法、系统特点和典型飞行结果。 关键词:嫦娥一号卫星; 制导导航与控制; 月球; 系统 中图分类号:TJ765文献标识码:A 文章编号:1674-1579(2008)01-0029-04
TheGuidance, NavigationandControlforCE-1Spacecraft HUANGJiangchuan, ZHANGHonghua, LITieshou, ZONGHong (BeijingInstituteofControlEngineering, Beijing100080,China)
Abstract:CE-1spacecraftisthefirstofaseriesofChinesemissionstothemoon.Thetasksperformedbytheguidance, navigationandcontrol(GNC) systemareverycomplexduetotherequirementsforrealtimecontro,lhighrealiability, and highaccuracy. This paperdescribesthe configuration, control methods, features, andflightresultsoftheGNCsystem. Keywords: CE-1spacecraf;tguidance, navigationandcontro;lmoon; system
1 引言 中国第一颗大型月球探测航天器嫦娥一号卫星于2007年10月24日成功发射。2007年10月 31日,嫦娥一号卫星在预定时间和预定地点进入预定的地月转移轨道,2007年11月5日,嫦娥一号卫 星在近月点进入预定的绕月轨道,2007年11月7~ 18日,嫦娥一号成功完成对月定向和三体指向控制在轨测试。 嫦娥一号卫星GNC系统完成了许多复杂任务。在调相轨道,GNC系统执行一系列姿态机动和轨道 控制,使卫星在适当时间转入地月转移轨道。在地月转移轨道,GNC系统保证卫星对太阳定向,并执 行几次轨道中途修正,使卫星捕获预定环月轨道起
始点。在月球轨道捕获阶段,GNC系统执行几次轨控发动机点火,使卫星捕获月球轨道并进入标 称环月轨道。在环月轨道,GNC系统使卫星本体对月球定向、太阳帆板对太阳定向、定向天线对地 球定向。 本文概要介绍嫦娥一号卫星GNC系统组成、控 制方法、系统特点和典型飞行结果。
2 卫星运动模型与控制目标
嫦娥一号卫星是带有挠性太阳帆板、大型充液贮箱和中心刚体的复杂运动体,卫星运动包括刚体平动与转动、挠性振动、液体晃动等。 引入坐标系:"Oi"代表惯性坐标系, "Ob"代表 卫星本体坐标系,"Od"代表卫星目标坐标系。设从
收稿日期: 2007-12-08 作者简介:黄江川( 1961-),男,黑龙江人,研究员,研究方向为航天器制导导航与控制系统设计与实现(e-mai:l hjingchuan@126. com)。 - T . ~ . 4 T T 30 空间控制技术与应用 34卷 → "Ob"系旋转到"Od"系的欧拉轴单位矢量为k= T 阵。式(2)描述了卫星平动动力学,式(3)描述了卫星转动动力学,式(4)描述了卫星帆板转动动力学, [k1k2k3] ,欧拉角为φ,则"Od"系相对于"Ob" 系的姿态可用单位四元数表示: /'.q= [/'.-qT/'.q 其中: f'.q= [f'.q1 f'.q2f'.q3] ] φ , f'.q1=k1sin 2, 式(5)描述了卫星挠性振动动力学。 卫星姿态控制目标就是使得本体系相对惯性系姿态与目标系相对惯性系姿态一致。姿态控制的目标姿态在不同阶段有不同取法。在巡航姿态, φ φ 卫星Xs轴对太阳定向并可以设定偏置俯仰角和角 6.q2=k2sin 2,6.q3=k3sin2是四元数的矢量部分, 速度绕太阳矢量方向旋转,此时目标坐标系 Xd轴取 q4= cos V 2 是四元数标量部分,满足|q4 | + 2 为指向太阳方向;在轨控阶段,卫星目标坐标系取为轨控点火目标姿态;在环月阶段,目标坐标系取 1f':-q2=1。 记"Ob"系相对于"Oi"系的旋转角速度为ωs, "Od"系相对于"Oi"系的旋转角速度为ωd,则"Od" 系相对于"Ob"系的角速度为Aω=ωd -ωs。卫星目标系相对本体系运动学可以表示为: 为环月轨道坐标系。姿态控制目标可以简述为, 根据卫星运动学和动力学构造控制力矩使得"Ob"系跟踪"Od"系并抑制挠性振动。 卫星轨道控制目标描述如下:根据卫星运动学和动力学构造控制力使得卫星在预定时间和预定 ð.q一 =1ð.ωð.q4 2 +1ð.ωð.-q 2 (1a) 地点获得预定速度增量, 实现轨道控制。 6.q4=-16.ω 6.q- (1b)
3 系统组成与控制方法 2
~ 其中:(.)表示相对时间导数,/'ω是角速度Aω的
反对称阵。卫星动力学模型可以简写如下[1,2]:
3.1系统组成
嫦娥一号卫星GNC系统的敏感器包括太阳敏 •• •• ••
MX+Ftr11r+Ftl11l=Ps (2)
• ~ .. .. Isωs+ωsIsωs+Fsr11r+Fsl11l+Rlasωla+Rrasωra=T
s
(3)
•• T ·
感器、星敏感器、紫外月球敏感器、速率积分陀螺和 加速度计;执行机构包括飞轮装置、推力器、帆板驱动装置、天线驱动装置和轨控发动机;控制器包括控制计算机、应急计算机、配电器和二次电源。GNC Ilaωla+Flafll+Rlasωs=Tla (4a)
. .. T . 系统的软件包括控制计算机系统软件、应用软件, Iraωra+FraI1r+Rrasωs=Tra (4b)
.. 2 T•• T
·
应急软件和部件LTU软件。LTU通过内部总线与
llr+2 rωrllr+ωrllr +FtrX +Fsrωs=0 (5a) 控制计算机相连, 构成计算机控制网络。控制系统
•• • 2 T.. T
•
I1l+2slωlI1l+ωlI1l+FtlX +Fslωs=0 (5b) 的这种分布式体系结构保证GNC分系统高效、可
式中X是卫星平动位置列阵,ωs是卫星本体角速 ~ 度列阵,ωs是角速度列阵的反对称阵,M是卫星质
量阵,Is是卫星惯量阵,Ps是作用在卫星上外力列阵,Ts是作用在卫星上力矩列阵,ωla、ωra分别是左、右太阳帆板角速度列阵,ωl、ωr分别是左、右太阳帆 板模态频率对角阵,ul、Ir分别是左、右太阳帆板模态坐标阵,1;l、1;r 分别是左、右太阳帆板模态阻尼系数阵,Ila、Ira分别是左、右太阳帆板惯量阵,Ftl、Ftr分别是左、右太阳帆板振动对本体平动的柔性耦合系数阵,Fsl、F sr分别是左、右太阳帆板振动对本体转动的柔性耦合系数阵,Fla、Fra分别是左、右太阳帆板振动对自身转动的柔性耦合系数阵,Rlas、Rras分别是左、右太阳帆板转动与卫星转动的刚性耦合系数阵,Tla、Tra分别是左、右太阳帆板上的控制力矩列 靠、实时实现嫦娥一号卫星的控制功能和性能。 3.2巡航期间的姿态控制 在卫星环月运行之前,除了轨控阶段,卫星运行于巡航姿态。姿态确定是利用太阳敏感器的输出给出太阳矢量方向在卫星本体系的表示, 然后根据太阳敏感器的安装矩阵计算卫星偏航角和俯仰角。巡航姿态角速度的确定是利用速率积分陀螺的输出,然后根据陀螺的安装矩阵计算卫星三轴姿态角速度。巡航姿态的控制分为太阳捕获和太阳定向两个阶段:在太阳捕获阶段, 根据0-1式太阳敏感器输出,利用相平面控制算法,通过推力器点火驱使卫星旋转使太阳矢量进入数字太阳敏感器视场;在太阳定向阶段,通过数字太阳输出和陀螺输出外推,根据系统动力学,利用相平面控制算法 第1期 黄江川等:嫦娥一号卫星的制导、导航与控制 31
和PID控制算法,通过推力器点火和飞轮转动保证 卫星Xs轴指向太阳。巡航姿态控制的特点是卫星既可以绕Xs轴慢 旋,也可以使Xs轴绕俯仰轴偏置并绕太阳矢量慢旋。这种运动状态一方面可满足卫星总体测控需求,另一 方面可有效避免推力器喷气对卫星轨道的影响。 巡航姿态控制在轨飞行结果见图1、图2。图中描述了从太阳捕获到太阳定向过程中星体对太阳指向的变化和三轴角速度的变化。由图可见:卫星 准确捕获太阳并以高精度和高稳定度跟踪太阳。 图1巡航姿态控制期间数字太阳敏感器( DSS)的输出曲线 图2巡航姿态控制期间三轴角速度曲线 3. 3轨道控制 奔月轨道的特点是预先设定地月转移标称轨道。实际轨道与标称轨道的初始微小偏差经5天的飞行放大,可能导致卫星撞月或离月。因此,变轨的高精度控制成为一大技术难点。而要实现变轨的高精度控制就要面对复杂的卫星对象。正如上节动力学描述,严格意义上讲,嫦娥一号卫星刚体平动与转动、挠性振动和液体晃动互相耦合,在快速机动过程又有三轴非线性耦合影响,控制系统稍有疏忽就可能引发多种运动与控制系统相互作用从而导致系统不稳定。 要保证轨控精度, 卫星从太阳定向姿态就必须 实施姿态快速机动转到轨控定向姿态,其中凸现三 轴耦合的非线性问题;在490N发动机点火期间, 轨 控定向要高精度维持预定惯性指向,其中凸现推力偏斜干扰、挠性振动和液体晃动的抑制问题; 490N 发动机必须在预定时间点开机并且在预定速度增 量点关机,其中凸现点火时间精准问题。这些问题涉及一系列复杂的姿态机动控制、姿态维持控制和变轨制导控制,与此同时强调及时(实时性)、准确(高精度)和可靠(可靠性)。 为此,GNC系统创造性地设计了星上网络控制系统,提出了在线规划调度和新型控制方法,高标准实现了变轨控制过程中的姿态控制和轨道控制。其中:卫星姿态确定利用了星敏感器与陀螺联合定姿算法;卫星姿态机动利用了基于四元数的高品质相平面控制算法;卫星姿态维持利用了基于四元数的"PID+滤波器"算法以及数字化脉宽调制算法; 卫星导航利用了高精度加速度计;卫星制导利用了高精度、高可靠关机策略。为保证系统可靠性,还创造性设计了自主故障诊断和系统重构以及自主变轨恢复方案。 变轨控制期间第三次近地点加速的在轨飞行结果见图3、图4。由图表明,卫星在预定时间完成姿态机动和姿态保持,进而在预定时间进入轨控点火阶段并保持轨控定向姿态。在轨数据显示轨控精准,因此,原先拟定的三次中途修正减少到一次, 大大节省了宝贵的推进剂,为后续新的任务实施提供了良好条件。
