嫦娥五号完成高难度落月！揭秘背后的仿真技术

日前，嫦娥五号探测器发射成功，开启了我国首次地外天体采样返回之旅。12月1日23时许，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面预选着陆区，成为我国第三个成功实施月面软着陆的探测器。成功着陆后，着陆器在地面控制下，将正式开始持续约2天的月面工作，采集月球样品。12月2日4时53分，嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球钻取采样及封装。

据了解，嫦娥五号有望实现五项“我国首次”，分别是：地外天体的采样与封装，地外天体的起飞，月球轨道交会对接，携带样品高速地球再入，样品的存储、分析和研究。此次嫦娥五号完成高难度的落月，凝聚着无数科研工作者的智慧和心血。作为航空航天领域深耕多年的企业，世冠科技在为中国航天事业蓬勃发展感到骄傲的同时，也为自主研发的GCAir/GCSpace参与了众多中国航天装备研发设计工作感到荣幸。

我们知道嫦娥五号探测器是探月工程的重要组成部分，它涉及人工智能、自动控制、机构学、信息技术以及计算机技术等多个学科领域。探测器需要在月球条件下实现多种复杂工况的任务作业，作为一个复杂的系统工程，借助仿真技术是一种降低成本、提高效率的方式。

对嫦娥五号探测器进行精确的车辆动力学系统仿真分析是进行探测器设计、悬架系统设计的必要工作内容。除可以支持着陆探测器机械设计外，探测器的车辆动力学仿真模型还要结合电动驱动系统设计、电控系统的开发与测试、多工况复杂任务场景的预测与评估等，通过不同原理建立起动力学仿真模型，开展软件对软件的验证，以证明仿真模型的正确性。

基于世冠科技GCSpace的多领域建模与仿真平台，建立一套着陆探测器高保真仿真系统，模拟着陆探测器动力学与控制系统的精细模型。模型包含着陆探测器动力学模型、随机地面模型和着陆探测器控制器系统模型等。为控制策略开发和优化提供高效、准确的被控对象模型，并用于支持着陆探测器软对软的验证工作。

1、整车刚柔耦合动力学建模

建立详细的着陆探测器刚性动力学模型

考虑着探测器各个部组件的运动连接关系（包括车身悬架系统、夹角调整机构等），以及整车边界约束条件的影响，可计算各部组件运动及受力状态。

参数化建模

着陆探测器动力学模型采用参数化建模，可根据仿真需求设置着陆探测器主动悬架构型，调整着陆探测器整车位置、姿态、坡度等参数，进行多种工况的仿真分析。

轮地接触力学建模

建立详细的轮地接触动力学模型，可对着陆探测器地面予以准确模拟，能够正确表现着陆探测器爬坡、越障等现象。

月球随机地形建模

通过研究月球真实地形环境特点，分析月球表面各种地貌类型及地貌特征，完成各种地形特征元素的三维建模，构建出符合要求的崎岖地面仿真环境，该模型可以支持与轮地耦合类型和多体动力学模型的联合仿真。

2、仿真系统集成

着陆探测器仿真系统集成是将着陆探测器的多体动力学模型，月球地形地貌模型，轮第接触动力学模型，以及控制系统模型，统一到同一软件平台中，进行系统联合仿真。采用高保真的仿真模型，对着陆探测器的各种典型认为控制策略进行仿真，获取着陆探测器任务执行情况，整车与部件运动状态，各部组件受理等信息。