不知不觉中,秦元清已经在开始从绕月轨道到软着陆这个阶段的计算工作量。
首先,是第一阶段的主减速段。
秦元清根据数据中的嫦娥四号构型特点,在此基础上建立了小型月球探测器的导航、制导与控制系统工作模型和质心、姿态动力学模型。模型中考虑了各个发动机推力偏心、偏斜产生的影响,并考虑了制导、导航与控制分系统离散的工作特性。
然后,对末端水平速度约束条件下的主减速段制导律进行了研究。
利用开普勒轨道的轨道参数与末端运动参数的对应关系,将末端运动参数约束转化为轨道参数约束,从而将轨迹规划问题转化为有限推力变轨问题,进而通过最小二乘修正方法得到制导律。
接下来,对末端高度约束条件下的主减速段制导律进行了研究。
随后,建立制导惯性极坐标系下的动力学方程,将目标约束量作为状态量,使用伪谱法可以方便地求出一些参数的数值。
在此基础上,针对给定发动机的配置,研究了主减速段航程的取值范围,并研究该范围内的轨道特性,以四元数作为参数,并引入偏差四元数,构造拟欧拉角以消除目标姿态的双值性,并利用摄动双积分系统的时间最优控制设计了姿态控制,尝试得出一个最优控制解。
整个过程,都是一点差错都不能出。实际上在知晓嫦娥三号采用当初秦元清在嫦娥二号所建的模型,秦元清自己都下出了一身冷汗,因为他当初所弄的模型,是根据嫦娥二号以及该火箭进行专门建立的模型,是最优的。可是嫦娥三号,相比起嫦娥二号,是有所变化的,也就是说嫦娥二号的最优方案,并不意味着就是嫦娥三号的最优方案,可以说嫦娥三号取得圆满成功,真的是有运气成分,不过秦元清估计,当初嫦娥三号的落月地点与计算值绝对有不小的偏差。
而这一次嫦娥四号,是要在背面登录,理论上是差不多,但是实际上的难度却是要高一大截,其中一个问题就是信号问题!
在月球的背面,是接收不到地球传来的无线信号的。
当然,为此华夏航天工程也有相应的方案,计划发射一颗嫦娥四号月球探测器的中继卫星,也就是‘鹊桥号’,根据方案该中继星将允许在地月引力平衡点L2点,计划将在5月21日发射升空。
‘鹊桥号’的作用,就是用来保持地球控制中心和嫦娥四号探测器的通信。
当然,因为地月之间距离比较远,是存在着通信一定的延迟问题。这就导致,嫦娥四号探测器在落月阶段,位于地球控制中心的技术人员,无法根据实施情况操控探测器的降落轨道。这完全相当于盲降,所以技术难度比之可以实时操控的降落过程,要难上不止一个档次。
秦元清的计算工作,都是将每一个参数调控到无比精准的。平常生活中,习惯性的保持小数点后2位数,在航天工程就不适用,航天工程讲究的无比准确的,所以秦元清都是将小数点后保持在10位数,以尽可能地减小误差。
有时候不得不说,数学是所有科学中最严谨的,数学家都是一群追求完美的理想主义者。
至于月球背面的降落点,秦元清选择了SPA盆地。SPA盆地是月球上最大的、也是最古老的陨石坑,直径高达2500公里。
同时,SPA盆地深达13公里,是月球上最深的撞击盆地,这意味着当年的撞击事件很可能会挖出月壳深处甚至月幔的物质,这些或将成为人类研究月球内部成分的“钥匙”。
一旦嫦娥四号探测器在这片区域有所发现,那对于华夏完全征服月球的步伐,或许会更加促进一步!
计算工作量完成是第一步,第二步就是构建完整的模型,以便于进行超级计算机模拟。
如果是其他数学家,也许只能完成计算部分,模型就得由其他专业人员完成,可是秦元清不需要,这一方面他也是行家,这就避免了不同人之间,难以理解对方所需要的,所带来的人为误差。
等到秦元清完成了自己所有工作后,已经是一个星期过后了,秦元清起身伸了个懒腰,打了个哈欠。来到秘密基地后,他的工作时间一天16个小时都算是短了,有时候甚至是24小时持续工作。
“秦院士,怎么样?”欧阳院士问道。
“幸不辱命,终于全部搞定!”秦元清将数据盘交给欧阳院士:“接下来超算模拟就交给你们了,我去睡一觉,困死我了!”
昨晚直接通宵,沉浸在工作中还没有觉得,如今工作结束,秦元清就感觉到又累又困的,最想做的就是好好睡一觉。
不说秦元清去房间睡觉,且说欧阳院士拿到数据盘后,第一时间安排进行了超算模拟,作为航天工程,本身就拥有属于航天工程专用的超级计算机。
结果让欧阳院士极为欣喜的是,整个模拟过程没有出现任何意外。在大屏幕中,可以明显的看到,嫦娥四号探测器在火箭的运送下发射升空,然后进入预定轨道,随后绕地球飞行之后进入地月轨道,随后经过变轨后被月球俘虏,在设定轨道上绕月飞行,随后经过变轨进入落月轨道,随后不断进行变速操控,嫦娥四号探测器最后稳稳地落在SPA盆地的预定着陆点。
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