嫦娥一号探月中的控制技术
嫦娥一号绕月探测工程的五大系统
嫦娥一号绕月探测工程的五大系统绕月卫星工程系统是由绕月卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统组成。
其中绕月卫星由中国空间技术研究院负责研制，被命名为嫦娥一号，选用东方红三号卫星平台，总重量2350千克，设计寿命一年；运载火箭由中国运载火箭技术研究院负责研制，选用长征三号甲，火箭全长52.52米，最大直径3.35米，运载能力为2600千克，已有10多次全胜发射记录；发射场系统由西昌卫星发射中心负责建设，选在西昌卫星发射中心，改建一系列的发射工位；测控系统由西安卫星测控中心和总装测通所负责建设，以我国现有的3频段航天测控网为主，辅以甚长基线干涉（VLBI）天文测量系统组成；地面应用系统由中科院空间科学与应用研究中心负责研制和建设，由数据接收、运行管理、数据预处理、数据管理、科学应用与研究五个分系统组成。
嫦娥一号绕月卫星嫦娥一号平台以中国已成熟的东方红三号卫星平台为基础进行研制，星体尺寸为2000毫米×1720毫米×2200毫米，并充分继承中国资源二号卫星、“中巴地球资源卫星”等卫星的现有成熟技术和产品，进行适应性改造。
所谓适应性改造就是在继承上的创新，突破一批关键技术。
嫦娥一号星体为立方体，两侧各有一个太阳帆板，最大跨度达18.1米，重2350千克，工作寿命一年。
它将运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上。
该卫星平台由结构分系统、热控分系统、制导，导航与控制分系统、推进分系统、数据管理分系统、测控数传分系统、定向天线分系统和有效载荷等9个分系统组成。
这些分系统各司其职、协同工作，保证月球探测任务的顺利完成。
星上的有效载荷用于完成对月球的科学探测和试验，其它分系统则为有效载荷正常工作提供支持、控制、指令和管理保证服务。
根据我国探月卫星工程的四大科学目标，在嫦娥一号上搭载了8种24台件科学探测仪器，重130千克，即微波探测仪系统、γ射线谱仪、X射线谱仪、激光高度计、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器、CCD立体相机、干涉成像光谱仪。
嫦娥登月过程中遇到的最大技术挑战是什么
嫦娥登月过程中遇到的最大技术挑战是什么嫦娥奔月，这一古老神话在现代科技的助力下成为了现实。
然而，这一伟大成就的背后，是无数航天人面对重重技术挑战的不懈努力和攻坚克难。
在嫦娥登月的过程中，遭遇了诸多棘手的难题，其中最大的技术挑战主要集中在以下几个方面。
首先，精确的轨道设计和控制是嫦娥登月任务中的关键难题之一。
要实现从地球到月球的准确航行，航天器需要沿着精心规划的轨道飞行。
这不仅要求对地球和月球的引力场有精确的了解，还需要考虑太阳引力、宇宙射线等多种因素的影响。
稍有偏差，就可能导致任务失败。
在漫长的飞行过程中，航天器需要不断进行轨道调整和姿态控制，以确保能够准确地接近月球并进入预定的着陆轨道。
这需要高度精密的测量设备和先进的控制算法，以及强大的计算能力来实时处理大量的数据。
其次，月球表面的复杂环境给着陆带来了极大的挑战。
月球表面布满了大大小小的陨石坑、陡峭的山峰和松软的月壤。
选择合适的着陆点至关重要，既要保证科学研究的价值，又要确保着陆的安全性。
在着陆过程中，航天器需要在极短的时间内完成一系列复杂的动作，包括减速、悬停和避障等。
这要求着陆系统具备高度的自主性和可靠性，能够迅速应对各种突发情况。
而且，月球表面的重力只有地球的六分之一左右，这使得航天器在着陆时的动力学特性与在地球上完全不同，增加了控制的难度。
再者，通信延迟和信号衰减是嫦娥登月过程中不可忽视的问题。
由于月球与地球之间的遥远距离，信号传输需要一定的时间，这导致了通信延迟。
在关键时刻，每一秒的延迟都可能影响决策的及时性和准确性。
同时，信号在传输过程中会逐渐衰减，这要求航天器和地面测控站都具备强大的信号发射和接收能力，以及高效的编码和解码技术，以确保信息的准确无误传递。
另外，能源供应也是一大挑战。
在月球上，阳光照射的时间和强度都与地球不同，这对航天器的太阳能电池板的效率和储能系统提出了很高的要求。
特别是在漫长的月夜期间，没有阳光照射，航天器需要依靠自身携带的能源来维持运行。
嫦娥登月成功的关键创新有哪些
嫦娥登月成功的关键创新有哪些嫦娥奔月，这一古老神话在现代科技的助力下成为了现实。
嫦娥登月成功是我国航天事业的一座重要里程碑，其背后离不开一系列关键创新。
首先，嫦娥工程在火箭发射技术方面实现了重大创新。
为了将嫦娥探测器成功送入预定轨道，我国科研人员对运载火箭进行了精心设计和优化。
采用了新型的推进剂组合，提高了火箭的推力和效率。
同时，在火箭的控制系统上也进行了革新，使得火箭能够更加精确地按照预定轨迹飞行。
这一创新不仅确保了嫦娥探测器能够顺利升空，还为后续的轨道调整和月球着陆奠定了坚实基础。
其次，嫦娥探测器的着陆技术是一大创新亮点。
月球表面地形复杂，充满了陨石坑和崎岖不平的地貌。
为了实现安全、平稳的着陆，我国研发了一套先进的着陆系统。
该系统通过高精度的传感器和智能算法，实时感知探测器与月球表面的距离、速度和姿态，并迅速做出调整。
此外，还采用了缓冲装置来减轻着陆时的冲击力，保护探测器及其搭载的科学仪器不受损坏。
这一创新的着陆技术使得嫦娥探测器能够在极其苛刻的环境下成功着陆，为开展科学探测任务创造了有利条件。
在能源供应方面，嫦娥探测器也有重要创新。
由于月球表面昼夜温差极大，且阳光照射时间有限，传统的能源供应方式难以满足探测器的长期运行需求。
为此，我国科研人员研发了高效的太阳能电池板和先进的储能系统。
太阳能电池板能够在有阳光时高效地转化光能为电能，而储能系统则可以在夜晚或阴影区域为探测器提供持续的能源支持。
这种创新的能源解决方案确保了嫦娥探测器能够在月球上长时间稳定工作，大大提高了探测任务的效率和成果。
嫦娥探测器所搭载的科学仪器也是创新的重要体现。
这些仪器具有高精度、高灵敏度和多学科交叉的特点。
例如，用于探测月球地质结构的测月雷达，能够穿透月球表面的浅层土壤，获取地下岩石的分布信息；用于分析月球表面物质成分的光谱仪，能够精确测定各种元素的含量和分布。
这些先进的科学仪器不仅为我们揭示了月球的神秘面纱，还为进一步研究月球的形成和演化提供了宝贵的数据。
嫦娥一号卫星的地月转移变轨控制
空间控制技术与应用Aerospace Con tro l and Applicati o n 第34卷 第1期2008年2月嫦娥一号卫星的地月转移变轨控制宗 红,王淑一,韩 冬,王大轶,李铁寿,张洪华,黄江川(北京控制工程研究所,北京100080)摘 要:文章阐述了嫦娥一号卫星地月转移阶段(从星箭分离到进入使命轨道)的高可靠、高精度自主变轨控制方案,介绍了飞行轨道、轨控策略及控制参数优化、星上自主变轨控制的系统设计和相关参数的地面标定等,给出了在轨飞行试验的验证结果。
关键词:嫦娥一号卫星;地月转移;轨道控制;自主变轨控制中图分类号:V446 1;V448.22 文献标识码:A 文章编号:1674 1579(2008)01 0044 07O rbitM aneuver C on tro l duri ng C isl unar T ransfer Phase for CE 1SpacecraftZ ONG H ong ,WANG Shuy,i HAN Dong ,WANG Day ,i LI T ieshou ,Z HANG H onghua ,HUANG Ji a ngchuan(B eijing Instit u te of Control Engineering,B eijing 100080,China )Abst ract :A high l y re liab le and accura te on board contro l syste m design sche m e is presented for the or b it m aneuvers o f CE 1spacecraft duri n g its cisl u nar transfer phase .F li g ht trajectories ,or b it transferstrateg i e s and para m eter opti m ization ,on board autono m ous m aneuver control procedures and para m eter cali b erations are addressed.Flight verification resu lts are g i v en as w e l.lK eyw ords :CE 1spacecraf;t cisl u nar transfer ;orbit contro;l autono m ous or b it m aneuver收稿日期:2007 12 11作者简介:宗红(1971-),女,北京人,高级工程师,主要从事飞行器制导导航控制的研究工作(e ma i :l zongh @bice .org .cn)。
“嫦娥一号”卫星真空热试验中的技术关键
第25卷第1期 航 天 器 环 境 工 程2008年2月 S P A C E C R A F T E N V I R O N M E N T E N G I N E E R I N G 29“嫦娥一号”卫星真空热试验中的技术关键裴一飞，袁伟峰，谢吉慧（北京卫星环境工程研究所，北京100094）摘要：“嫦娥一号”卫星是我国第一颗绕月探测卫星，由于其所处特殊的热环境，造成热控设计的复杂性，随之带来的是对卫星系统热控和真空热试验提出了很高的要求。
该卫星在2005-2006年一年多的时间里完成了大量的整星、系统级及大部件的真空热试验，对现有的空间环境模拟试验技术是一个严峻的考验。
文章分别从外热流模拟装置设计技术、热试验支架设计技术、数据测量与控制技术等方面所做的技术创新及其在“嫦娥一号”卫星系列真空热试验中的应用情况作了简要介绍。
关键词：空间环境模拟；真空热试验；“嫦娥”卫星中图分类号：V416.5 文献标识码：A 文章编号：1673-1379(2008)01-0029-041 前言“嫦娥一号”卫星是我国第一颗深空探测卫星。
虽然它继承了“东方红三号”平台系列卫星的成熟技术，但是由于其所处热环境的特殊性，使得整星的热控方案比较复杂。
该热控方案具有散热面布局特殊、外热流变化复杂、卫星探测或敏感器要求多样等特点。
由此造成热控设计十分困难，随之带来的是对卫星系统热控和真空热试验提出了很高的要求。
整星热平衡试验的目的是验证热设计的正确性，为卫星热设计提供依据。
而卫星部组件的热真空试验主要考核部组件的性能和加工工艺，暴露缺陷。
其他如定向天线双轴高低温真空展开试验主要考核机械接口、电接口之间的关系[1]。
在2005年，北京卫星环境工程研究所共完成了“嫦娥一号”卫星初样的整星热平衡试验、有效载荷舱热平衡试验、蓄电池舱热平衡试验、定向天线双轴热平衡试验等系统级试验；完成了定向天线初样和正样、太阳电池板初样和正样、测控天线、对月观测全向天线、双轴机构等部组件的热真空试验。
嫦娥一号月球探测卫星技术特点分析
嫦娥一号月球探测卫星技术特点分析
嫦娥一号月球探测卫星技术特点分析
嫦娥一号卫星是我国的第一个月球探测卫星,将飞行至距地球380000km的月球,实现环绕月球对其遥感探测.由于任务目标不同,嫦娥一号卫星将遇到比近地轨道卫星更复杂的空间环境和飞行控制过程,所以必须解决面临的所有新技术问题.文章介绍了嫦娥一号卫星在轨道设计、月食、热设计、制导导航、测控、数传等方面的技术特点及研制验证方法.
作者：叶培建饶炜孙泽洲张伍YE Peijian RAO Wei SUN Zezhou ZHANG Wu 作者单位：中国空间技术研究院,北京,100094 刊名：航天器工程ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING 年，卷(期)：2008 17(1) 分类号：V474.3 关键词：嫦娥一号月球探测卫星技术特点。
嫦娥登月成功的关键技术突破有哪些
嫦娥登月成功的关键技术突破有哪些嫦娥登月成功，是我国航天事业的一座里程碑，这一伟大成就的背后，是一系列关键技术的突破。
首先，精确的轨道设计与控制技术至关重要。
嫦娥探测器要从地球出发，经过漫长的旅程，准确无误地抵达月球并成功着陆，这需要对轨道进行极其精确的计算和设计。
科研人员通过对天体力学的深入研究，充分考虑了地球、月球以及其他天体的引力影响，制定出了最优的飞行轨道。
在飞行过程中，还需要不断地进行轨道调整和控制，确保探测器沿着预定的轨道前进。
这其中，高精度的测量技术和先进的控制算法发挥了关键作用。
其次，着陆技术是嫦娥登月成功的核心之一。
月球表面地形复杂，布满了大大小小的陨石坑和高低起伏的山脉。
为了实现安全着陆，嫦娥探测器配备了先进的着陆系统。
这包括高精度的测距测速传感器、智能的避障系统以及可靠的制动装置。
在着陆的最后阶段，探测器需要快速而准确地判断地形，选择合适的着陆点，并在极短的时间内完成减速和稳定着陆的动作。
这一过程中，对于探测器的姿态控制和动力系统的要求极高。
另外，嫦娥探测器的通信技术也取得了重大突破。
由于月球与地球之间的距离遥远，信号传输存在巨大的延迟和衰减。
为了实现探测器与地面控制中心的稳定通信，我国研发了高灵敏度的接收设备和强大的发射装置。
同时，采用了先进的编码和调制技术，提高了信号的传输效率和可靠性。
即使在遥远的月球，也能够保证数据的准确传输，让地面控制中心实时掌握探测器的状态和科学探测数据。
能源供应技术也是关键之一。
在月球上，没有稳定的能源供应，探测器需要依靠自身携带的能源系统来维持运行。
嫦娥探测器采用了高效的太阳能电池板和高性能的电池组，确保在有光照的时候能够充分收集能量，在没有光照的情况下也能够依靠储存的能量维持正常工作。
同时，能源管理系统能够智能地分配和控制能源的使用，以满足不同任务阶段的需求。
嫦娥探测器所搭载的科学探测仪器也是技术突破的重要体现。
这些仪器需要在极端的环境下工作，具备高精度、高灵敏度和高可靠性的特点。
中国成功发射嫦娥一号探测器实现了月球环绕和返回任务
中国成功发射嫦娥一号探测器实现了月球环绕和返回任务中国航天科技集团公司于2007年10月24日成功发射了嫦娥一号探测器，这是中国探月工程的第一步，也是中国航天史上的重大突破。
嫦娥一号探测器的发射与运行不仅标志着中国航天事业迈向了一个新的台阶，更为人类探索月球、实现月球探测任务迈入了一个新的时代。
嫦娥一号探测器的使命包括了月球环绕和返回两个主要任务。
在长达335小时的环绕任务中，嫦娥一号探测器绕月飞行了127次，并通过激光测距和中继通信技术实现了月球背面的摄影测量任务。
这项任务让我们第一次在地球上近距离见到了月球背面的真实面貌，为后续的月球探测任务提供了宝贵的数据和图像。
嫦娥一号探测器成功完成了环绕任务后，执行了首次返回任务。
嫦娥一号探测器搭载了返回舱，该舱在与月球背面碰撞后返回地球。
它的成功返回是中国航天史上的一大壮举，也为后续探测任务提供了经验和基础。
嫦娥一号返回舱中带回了丰富的月壤样品，这些样品将对科学家研究月球的起源和演化提供极大的帮助。
嫦娥一号探测器的成功发射和任务执行离不开中国航天科技工作者的辛勤努力和智慧，也得益于中国航天事业的长期积累和快速发展。
中国航天科技集团公司的团队团结协作，不断创新，为中国航天的崛起做出了巨大贡献。
嫦娥一号的发射和任务成功也凸显了中国在航天领域的技术实力和国际地位。
嫦娥一号探测器的成功发射不仅让中国航天科技走向世界舞台的中心，更展示了中国作为一个大国的科技实力和创新能力。
这也为之后的嫦娥二号、嫦娥三号等探月任务奠定了坚实的基础，为中国航天科技的未来发展打下了良好的基石。
中国航天事业的蓬勃发展和嫦娥一号探测器的成功发射，不仅是中国航天科技的胜利，更是全人类共同追求科技进步的胜利。
通过这次探月任务，我们更加深入地了解了月球的奥秘，也为解开宇宙的种种谜团迈出了坚实的一步。
在未来，中国将继续深入探索月球，开展更多的科学实验和探测任务，努力为人类的空间探索事业作出更大的贡献。
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嫦娥一号探月中的控制技术
嫦娥一号卫星是我国第一个月球探测卫星,其研制和发射是我国深空探测活动的开端。
嫦娥一号卫星共有11个分系统组成:即总体,测试两个综合分系统;平台部分的结构,热控,制导、导航与控制、能源、推进、数据管理(OBDH)、测控数传、定向天线八个分系统及有效载荷分系统。
本文主要对嫦娥一号GNC（制导、导航与控制）系统进行粗略分析。
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。
嫦娥一号卫星GNC系统的敏感器包括太阳敏感器、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系统的软件包括控制计算机系统软件、应用软件,应急软件和部件LTU软件。
LTU通过内部总线与控制计算机相连,构成计算机控制网络。
控制系统的这种分布式体系结构保证GNC分系统高效、可靠、实时地实现嫦娥一号卫星的控制功能和性能。
1、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,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。
2、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
3、环月期间的卫星控制
在环月期间,日、地、月相对于卫星的运动关系变化复杂,卫星控制面临诸多技术挑战。
卫星本体对月定向,其技术难点是卫星轨道的实时计算和怎样利用对月定姿敏感器;太阳帆板跟踪太阳,其技术难点是太阳相对卫星轨道面以年为周期变化,不能照搬地球卫星太阳同步轨道帆板跟踪太阳方法;和双轴驱动的控制方法。
为此,在环月期间,姿态确定利用了星敏感器结合星上轨道外推以及紫外月球敏感器结合太阳敏感器综合定姿两套方案;本体对月定向姿态控制利用了基于
相平面的喷气控制结合基于PID算法的飞轮控制方法;太阳帆板对日定向和定向天线对地定向,则利用/两次垂直转动可以保证第三轴指向任意方向的基本原理;在此基础上,姿态控制系统根据创造的实用算法,并基于帆板驱动装置和双轴天线驱动装置,实现了定向控制目的。
这些方法使得卫星三体指向同时定向成为可能。
嫦娥一号卫星GNC系统任务复杂多变,它对系统实时性、可靠性和精度要求较高。
本文概要介绍了嫦娥一号卫星GNC系统组成、控制方法、系统特点。
嫦娥一号卫星GNC系统创造了几个第一:第一个高精度变轨控制系统,能够在国内第一次按地面指令时序自主完成复杂的490N发动机变轨控制;第一个三体定向控制系统,能够实时、高精度实现帆板跟踪太阳、定向天线跟踪地球、卫星本体有载荷一面跟踪月球;第一个飞控仿真与支持系统;第一次实现奔月轨道及其控制的高精度仿真;第一个月球紫外敏感器;第一个双轴天线驱动装置;第一个成功使用高精度加速度计于变轨控制中。
参考文献：
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与应用,2008,01:9-13+50.
[3]黄江川,张洪华,李铁寿,宗红. 嫦娥一号卫星的制导、导航与控制[J]. 空间
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