نوع مقاله : علمی- ترویجی

نویسنده

پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران

چکیده

در این نوشته، نخست اکتشافات فضایی از دیدگاه تاریخی بیان و سپس مأموریت‏های مهم جاری و آینده در این حوزه به اختصار معرفی می‏شوند. همچنین، سطح نشین‏ها با تمرکز بر ماه نشین‏ها و مریخ نشین‏ها مورد بررسی قرار می‌گیرند و چالش‌های فنی و مأموریت آنها مرور می‏شود. در ادامه به مسئله فرود آرام به‌عنوان یکی از ضروریات مأموریت‏های فضایی سطح نشین پرداخته می‏شود. سپس، مسئله فرود آرام بر ماه به عنوان یک مسئله خاص همراه با فازهای مأموریتی آن معرفی می‏شود. به‌دلیل اهمیت صرفه‌جویی در مصرف سوخت، مسئله فرود آرام بر ماه در قالب یک مسئله کنترل بهینةمصرف سوخت با معادلات دیفرانسیل عادی غیر خطی مدل‌سازی می‏شود. همچنین، معادلات حاکم، شرایط اولیه و نهایی آن در شرایط مختلف و نیز توابع هدف مرسوم در این دست مسائل بر حسب مراجع موجود بیان می‏شود. در پایان نیز نتایج حل عددی یک مسألة نمونه برای فرود آرام بر سطح ماه بیان خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimal Control Approach to Soft Landing

نویسنده [English]

  • Seyyed Hamed Hashemi Mahneh

Aerospace Research Institute, Ministry of Science, Research and Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

First, the history of space explorations is reviewed briefly in this paper alongside with current successful and future missions in this field. Then,missions with landing on celestial bodies, especiallyMoon and Mars landings, and their technical problems and mission challenges are reviewed. Then, as one of the requirements for landing missions, the soft landing problem is introduced in details. As a specialcase, the soft landing on the Moon with mission phases and other system requirements is presented. Due to the importance of fuel saving in the space, the soft landing problem on Moon is modeled as a minimum fuel optimal control problem with nonlinear ordinary differential equations. The governing equations, initial and final conditions in various cases and common performance index formulations are also given based on the recentreferences. Finally, the results of a numerical simulation in a test case problem of Moon landing arereviewed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soft Landing
  • Optimal Control
  • Minimum Fuel
  • Space Explorations
[1] Liu, X-L., Duan, G.R. andTeo, K. L, “Optimal soft landing control for Moon lander“,Automatica, Vol. 44, No.4, 2008, pp. 1097-1103.
[2] Rijesh, M.P., Sijo, G., Philip, N. K., Natarajan, P., “Geometrical Guidance Algorithm for Soft Landing on Lunar Surface“,Third International Conference onAdvances in Control and Optimization of Dynamical Systems,Indian Institute of Technology Kanpur,2014.
[3] Park, B.G., Ahn, J.S., Tahk, M. J., “Two-Dimensional Trajectory Optimization for Soft Lunar Landing Consideringa Landing Site“,International Journal of Aeronautical & Space Science, Vol. 12, No. 3, 2011, pp. 288-295.
[4] Bennett, F.V., “Apollo Experiment Report - Mission Planning for Lunar Module Descent and Ascent“, NASA Technical Report, NASA TN D-6846, 1972, pp.1-24.
[5] Klumppi, A.R., “Apollo Lunar Descent Guidance“,Automatica, Vol. 10, No. 2, 1974, pp. 133-146.
[6] D'Souza C.N, “An Optimal Guidance law for Planetary Landing“, Guidance, Navigation, and Control Conference, New Orleans, 1997, pp. 1376-1371.
[7] Ch, D.H., Jeong, B., Lee, D. and Ban, H.,“OptimalPeriluneAltitudeofLunarLandingTrajectory“,InternationalJournal of Aeronautical & Space Sciences,Vol. 10, No. 1, 2009, pp. 67-74.
[8] Zhou, J.Y., Teo, K.L., Zhou, D. and Zhao G.H., “Optimal Guidance for Lunar Module Soft Landing“,Nonlinear Dynamics and Systems Theory, Vol. 10, No.2, 2010, pp.189-201.
[9] Mathavaraj, S., Pandiyan, R. andPadhi, R., “Minimum-Landing-Error Powered-Descent Guidancefor Mars Landing Using Convex Optimization“, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol.33, No.4, 2010, pp. 1161-1171.
[10] Mathavaraj, S., Pandiyan, R. andPadhi, R., “Optimal trajectory planning for multiple Lunar landing, IFAC-PapersOnLine, Vol.49, No. 1, 2016, pp. 124-129.