一號探月中的控制技術(shù)

1、一號探月中的控制技術(shù)：201320112354 雙控 導師：1.工程簡介2004 年，中國正式開展月球探測工程，并命名為“工程”。工程分為“無人月球探測”“載人登月”和“建立月球”三個階段。2007 年 10完成各項使命后，于月 24 日 18 時 05 分，“一號”成功發(fā)射升空，在2009 年按預定計劃受控撞月。2010 年 10 月 1 日 18 時 57 分 59 秒“二號”順利發(fā)射，也已程首席科學家并超額完成各項既定任務。2012 年 9 月 19 日，月球探測工自遠表示，探月工程正在進行三號和玉兔號月球車的月面勘測任務。四號是三號的備份星。五號主要科學目標包括對著陸區(qū)的現(xiàn)場和分析，以

2、及月球樣品返回地球以后的分析與研究。一號科學目標一號探月中的控制技術(shù)主要包括：熱控分系統(tǒng) GNC 分系統(tǒng)數(shù)管分系統(tǒng)定向天線分系統(tǒng)中國計劃在 2007 年發(fā)射第一顆月球探測 。中國月球探測項目的科學目標為：獲取月球表面三維 影像；分析月球表面有用元素及物質(zhì)類型的含量和分布；測量月壤厚度和評估氦-3 資源量；以及地-月空間環(huán)境探測。“一號”探月任務有四大科學目標：繪制全月球的三維地圖探測月球的物質(zhì)成分探測月壤特性探測地球與月球間的太空環(huán)境熱控分系統(tǒng)熱控分系統(tǒng)采用主動和熱控技術(shù)保證期內(nèi)有效載荷系統(tǒng)及其 它各分系統(tǒng)的儀器設(shè)備溫度要求，其組成主要包括散熱面涂層、多層隔熱材料、加熱器、溫度傳感器、熱管、加

3、熱控制器等。鑒于熱設(shè)計邊界條件復雜，系統(tǒng)較多地采用了主動控溫設(shè)計。加熱器的通斷控制由數(shù)管分系統(tǒng)完成。GNC 分系統(tǒng)制導、導航與控制(GNC)分系統(tǒng)的主要任務是完成奔月過程所需的多種姿態(tài)的變換和控制，實現(xiàn)對月定向的三軸穩(wěn)定姿態(tài)、翼對日定向、定向天線對地定向。 GNC 分系統(tǒng)由敏感器、執(zhí)行機構(gòu)和控制器組成。敏感器包括紫外月球敏感器、星敏感器、敏感器、陀螺、加速度計。執(zhí)行機構(gòu)包括 490N 變軌發(fā)和 10N 推力器(屬推進分系統(tǒng))、動量輪、翼驅(qū)構(gòu)、天線驅(qū)構(gòu)?？刂破靼刂朴嬎銠C、應急線路、GNC 配電器和 GNC 二次電源。數(shù)管分系統(tǒng)數(shù)管分系統(tǒng)是二級分布式容錯計算機系統(tǒng)，由單元、遠置單元和單元，以及

4、一套雙冗余的串行數(shù)據(jù)總線和數(shù)管分系統(tǒng)組成。用以實現(xiàn)遙測、控制、校時等整星控制和管理功能。數(shù)管分系統(tǒng)設(shè)計：用于軌道維持和變軌數(shù)管分系統(tǒng)方案雖然主要繼承已有的近地數(shù)管分系統(tǒng)的成熟技術(shù)，但為適應探月任務的使用背景和限制條件，采取了一些不同于一般的設(shè)計，主要體現(xiàn)在以下方面:(1)信道編碼由于地月間距離遙遠，測控信號的空間衰減增大。這是以往的型號都未遇到過的情況，因此為了降低誤碼率，提高下行遙測信道的能力，在一號上首次采用了卷積碼作為遙測信道編碼，并對、遙測的碼速率進行了調(diào)整。(2)遙測源包由于遙測下行通道數(shù)量有限，數(shù)管分系統(tǒng)將重要的遙測數(shù)據(jù)，通過 1553總線送到大容量器，經(jīng)數(shù)傳實時或延時下發(fā)，使得遙

5、測信息量增加并更新及時。(3)采用 FPGA為了實現(xiàn)設(shè)備小型化，降低產(chǎn)品的體積、重量和功耗，提高可靠性，采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)進行集成化設(shè)計。(4)設(shè)計為有效解決/測控不可見弧段長 0，數(shù)管 CTU作為整星的控制管理，采取以下措施:1)增加了管理功能，提高的管理能力；2)設(shè)計了多種遙測格式、多種模式、多種壓縮速率等，以滿足飛行任務的需求；3)設(shè)計了“定向天線展開星應急能力。與應急控制”、“整星安全應急控制”等模式，以增正樣階段，通過分系統(tǒng)測試、系統(tǒng)間聯(lián)試和整星綜合測試，驗證了數(shù)管分系統(tǒng)設(shè)計的功能和指標，均滿足要求。定向天線分系統(tǒng)根據(jù)一號的特點，在實現(xiàn)環(huán)月飛行后，必須保證星體對月球，翼

6、對一號，定向天線對地球區(qū)域的定向。為了解決三體定向的的天線必須具備兩維大角度轉(zhuǎn)動的能力。， 要求定向天線采度機構(gòu)實現(xiàn)半空間覆蓋，為數(shù)傳下行信道和遙測下行信道提供滿足任務要求的天線增益。定向天線主要由射頻部分、雙軸驅(qū)構(gòu)壓緊機構(gòu)展開機構(gòu)和一些結(jié)構(gòu)件組成。射頻部分保證5范圍凈增益大于+18dB，雙軸驅(qū)構(gòu)的運動范圍是90。為滿足設(shè)計要求一號的定向天線成為國內(nèi)第一次采用的大角度機械掃描天線，在空間應用方面國內(nèi)沒有成四方面:經(jīng)驗。其的難點在于以下(1)集成系統(tǒng)的構(gòu)型與布局；熱控分析、設(shè)計與實施；系統(tǒng)接口；(4)系統(tǒng)裝調(diào)、測試、試驗。根據(jù)以上特點，定向天線的熱控設(shè)計、實施與驗證，系統(tǒng)裝調(diào)、測試與試驗驗證成為設(shè)計和研制的關(guān)鍵。為保證定向天線滿足系統(tǒng)要求，設(shè)計和研制過程中，主要采取以下解決措施:(1)對于定向天線熱設(shè)計，通過了雙軸熱平衡試驗和天線整機熱平衡試驗驗證，試驗結(jié)果滿足熱設(shè)計要求。(2)對于定向天線的活動雙軸驅(qū)構(gòu)，為保證其長、高可靠要求，采取了以下措施:對于活動軸承，完成了加速試驗；線束經(jīng)過了一萬次彎曲試驗考核，結(jié)果正常；電機、軸承、零位傳感器等都經(jīng)過在軌飛行