月面巡视器太阳板对日定向规划算法

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1、第23卷第3期航天器工程V01．23No．31111生!旦墨!垒堡曼堡垦垒!!兰堕鱼!塑垦曼墨!盟鱼!!月面巡视器太阳板对日定向规划算法刘书豪彭松(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要针对月面巡视器太阳板对日定向问题，提出了一种规划算法。分析了规划指标与约束条件，约束条件包括太阳入射角约束和太阳板机械转动约束；推导了在车体姿态不变情况下的定向算法，通过将太阳板运动转换为平面上的矢量旋转，实现对日定向；利用巡视器原地转向运动弥补太阳板单自由度转动的不足，将车体运动与太阳板法向矢量轨迹投影至球

2、面，得到车体原地转向时的定向规划算法。仿真结果表明：文章提出的算法能够实现指定约束下的对日定向；对于无法实现理想对日定向的情况，算法也能够获得太阳板的次优规划。关键词月面巡视器；太阳板；对日定向；太阳入射约束中图分类号：V467．3文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．03．008AlgorithmforSolarPanelDirectionPlanningofLunarRoverLIUShuhaoPENGSong(BeijingInstituteofSpa

3、cecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Fordirectingtothesunofthelunarrover’Ssolarpanel，analgorithmbasedonplan—ningmethodisproposed．Firstly，thegoalandconstraintsareintroduced．Constraintscontainthesunlightincidentangleandthesolarpanelrotati

4、onlimits．Secondly，aplanningwiththeroy—er’sattitudepreservedisresearched．Thepanelmotionistransferredintothevectorrotationinaplane，whichmakestheplanningeasier。Thirdly，theplanningconsideringzeroradiussteeringisinvestigated，byprojectingthemotionoftheroveran

5、dsolarpanelintoroverbodycoordinatesphere．Theadditionalroverfreedomishelpfultodirecttothesun．Finally，computersimulationresultsshowthattheproposedalgorithmcanachievedirectingtothesunwithspecifiedcon—straintsandasuboptimalplanningcanbeacquiredforthecaseofn

6、otideallydirectingtothesun．Keywords：lunarrover；solarpanel；directingtothesun；sunlightincidentconstraint1引言月面巡视器是实现对月球近距离考察的重要途径¨2

7、。太阳板为月面巡视器提供能源，目前与之类似的太阳翼已经在地球轨道卫星上得到大量应用，国内外也针对太阳翼及其驱动技术开展了大量研究。文献[3]分析了太阳翼技术发展趋势，文献[4]从控制器设计角度探讨了太阳翼机构的定向控制，文献E53详细分析了各种工况

8、下的卫星太阳翼光照角度计算模型，文献E6]针对倾斜轨道航天器提出惯性定向和对地定向两种航天器太阳翼对日跟踪的若干算法，文献E7-1提出双自由度驱动机构的轨迹规划算法，文献[8—9]通过合适的起始时刻驱动太阳翼匀收稿日期：2013—08—01；修回Et期：2013—10—23基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：刘书豪，男，工程师，研究方向为航天器总体仿真技术。Email：33151420@163．corn。44航天器工程速旋转，保证太阳翼法线和太阳光线的夹角保持最佳位置。上述文献解决问题的思路基本一

9、致，均根据卫星轨道与太阳位置的几何关系来计算太阳翼转动。但是，月面巡视器与地球轨道卫星在太阳翼的应用形式上存在较大差异，具体表现在：一方面，对于地球轨道卫星，为了获得充足的能源，应保证太阳矢量与太阳翼法线夹角最小，达到最佳的太阳光照状态；但对于月面巡视器而言，其在月面着陆后，将经历长时期恶劣的月球环境，过强的光照状态可能会对热控等系统产生不利影响，进而影响巡视任务[10。11]，考虑到能源供应与热控条件的双重约束，应保证巡视器太阳板的太阳入射角满足一定的