行星表面动力着陆自主制导方法综述

2020年第21卷第5期

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《信息与电子工程前沿（英文）》 >> 2020年第21卷第5期 doi: 10.1631/FITEE.1900458

行星表面动力着陆自主制导方法综述

1中国运载火箭技术研究院，中国北京市，100076；2北京航天自动控制研究所，中国北京市，100854；3德国宇航中心空间系统与GNC系统研究所，德国不莱梅，28001；4北京理工大学宇航学院，中国北京市，100081；5浙江大学控制科学与工程学院，中国杭州市，310027

收稿日期： 2019-08-31 录用日期： 2020-05-18 发布日期： 2020-05-18

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摘要

本文总结了天体表面精确软着陆的自主制导方法。首先回顾了动力下降制导方法的发展，重点介绍了其在约束处理和提升计算效率方面的贡献。随着对可重复使用运载器需求的不断增加，以及太空探索带来更多的科学回报，定点软着陆成为一项基本要求。不同于过去任务中公里级的着陆精度，未来行星着陆器在满足全部速度和姿态约束条件下，着陆位置精度要达到10米级，这项任务的困难引起学者对自主制导方法的兴趣。本文讨论了动力下降阶段一般性的3自由度和6自由度优化问题，并对比月球、火星和地球3种典型着陆场景的特点。在此基础上，通过比较解析制导方法、数值优化算法和基于学习的方法，详细阐述自主制导方法的特点和适应性，并讨论非凸问题的凸化处理和求解策略。随后提出自主制导方法工程应用的3个关键问题：物理可行性、模型精度和实时性。最后，简要介绍各国航天组织（包括美国、中国、法国、德国和日本）研发的垂直起降验证飞行器，以及目前在验证飞行器上开展的制导方法试验工作。

关键词

自主制导方法 ; 定点软着陆 ; 动力下降 ; 非线性规划