月面无人自动采样返回飞行程序设计与实现

盛瑞卿，赵洋，邹乐洋，陈春亮，朱舜杰，黄昊，杜颖，彭兢

北京空间飞行器总体设计部，北京 100094

1 引言

嫦娥五号任务的目标是实现月面自动采样返回，探测器系统经地月和环月飞行，在月面选定区域着陆，采集约2 kg月球样品，经月面起飞、月球轨道交会对接和样品转移、月地转移和再入回收等过程，将月球样品安全送至地面[1]。

上述任务目标的实现，最终都将通过嫦娥五号探测器飞行程序，完成从探测器临射前准备直至回收着陆的任务过程。飞行程序设计是航天器任务设计的一个核心环节，其设计的可靠性、鲁棒性和健壮性直接影响任务成败。目前，针对任务规划和飞行程序设计的研究大致可分为两类：一类为理论学术研究，通过对约束条件的简化抽象为某类数学模型进行求解[2-3]；另一类为工程实践类的总结，通过对具体问题解决方案的阐述说明系统的设计[4-5]。前者由于最终要转化为数学问题进行求解，不可避免地对很多限制条件进行删减，不能直接应用于航天器的工程实践；后者很多是以某几个关键问题作为设计要求，以串行方式采用表格化的描述形式给出航天器飞行全过程典型事件的时序关系和功能作用。飞行程序的编写与计算机领域的程序编写有类似之处。现有工程实践类的飞行程序设计可以认为是直接开展编码工作，而系统架构和逻辑层面的完备性需要靠程序员的经验来保证，这对于简单飞行任务是可行的。……