一种载人登月质量规模估算的方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种载人登月质量规模估算的方法与系统，该方法与系统利用模块化 的思想构造载人登月飞行方案，并能够快速地计算出所构造飞行方案的质量规模，属于航 天技术领域。
【背景技术】
[0002] 二十一世纪上半叶，深空探测技术成为航天技术向高阶段发展的关键技术，在此 背景下，世界各国相继发布了自己的深空探测计划，从这些计划中可以看出，月球探测是十 分重要的一步，而载人登月很可能成为各国抢占深空探测的战略制高点。
[0003] 制定载人登月飞行方案是载人登月工程的基础，不同的登月方案对应不同的质量 规模。采用传统方法估算载人登月质量规模时，需要先由各个分系统专业估算出本系统的 质量，再由总体部门综合论证得到总体的质量规模，这种方法工作量大，工作效率低，而且 方法不具有通用性，即对新提出的飞行方案，所有工作都得从头开始。因此，建立一种计算 效率高且具有通用性的质量规模估算方法十分有必要。
【发明内容】
[0004] 1、目的
[0005] 本发明的目的是提供一种载人登月质量规模估算的方法与系统，以克服传统方法 工作量大、效率低、适用对象单一等缺点。
[0006] 2、技术方案
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案。
[0008] (1) -种载人登月质量规模估算的方法，它包括以下几个步骤：
[0009] 步骤一：建立质量规模参考数据库
[0010] 所述质量规模参考数据库由载人飞船和登月飞船各部件的质量、功能、功耗等参 数组成，各参数之间是并列关系。该数据库将为质量规模估算打下基础。
[0011] 步骤二：飞行器与飞行过程模块化
[0012] 所述飞行器与飞行过程模块化包含飞行器模块化和飞行过程模块化两部分，二者 属于并列关系。
[0013] 所述飞行器模块化是指将载人飞船的推进舱、轨道舱、返回舱以及登月舱、火箭末 级、推进飞行器第一、二、三级看作独立的模块，建立各个模块的干重估算数学模型。各个模 块是并列关系，部分模块之间存在参数耦合。
[0014] 所述飞行过程模块化是指将飞行过程划分为一系列飞行阶段，不同的飞行方案包 含的飞行阶段不同。飞行阶段模块化还要明确各个阶段的速度增量需求。
[0015] 步骤三：飞行方案构造
[0016] 所述飞行方案构造包括飞行器选取和飞行阶段选取两部分，二者在构造飞行方案 时按顺序执行，即先选择飞行器，再选择飞行阶段。
[0017] 所述飞行器选取即选择经步骤二模块化后的飞行器，可以全选，也可以部分选择， 具体选择应由该方法的使用者决定。选择某一飞行器模块后，这一模块对应的干重估算模 型也就唯一确定。
[0018] 所述飞行阶段选取即选择每个飞行器对应的飞行阶段，每个飞行器可以只对应一 个飞行阶段，也可对应多个飞行阶段。
[0019] 步骤四：质量规模求解
[0020] 利用逆推法和数学迭代对质量规模进行估算。
[0021] 所述逆推法是指利用后一阶段的飞行器质量和速度增量需求，推出前一阶段飞行 器的质量。逆推法从飞行的最后一个阶段开始，直到推出飞行器的发射质量为止。逆推过 程建立在齐奥尔科夫斯基公式和质量规模参考数据库的基础上。
[0022] 所述数学迭代是指飞行器各分系统及飞行各阶段之间存在耦合变量，这些耦合变 量无法直接求解，需要通过数学迭代的方法实现。
[0023] (2) -种载人登月质量规模估算的系统，它包括信息参考模块、飞行方案构造模块 和质量规模求解模块三部分。其之间的关系是：三个模块在进行质量规模估算时按顺序执 行，即先构造信息参考模块，再执行飞行方案构造模块，最后执行质量规模求解模块。
[0024] 所述信息参考模块由质量规模参考数据库子模块、飞行器子模块和飞行阶段子模 块三部分组成，各子模块之间是并列关系。该质量规模参考数据库子模块是飞行器各零部 件信息的存储空间，采用层次结构，它用于存储载人飞船和登月飞船各部件的质量、功能、 功耗等参数，为质量规模估算打下基础；该飞行器子模块是飞行器信息的存储空间，它用 于存储各飞行器的名称和对应的干重估算数学模型，包括的飞行器有推进舱、轨道舱、返回 舱、登月舱、火箭末级、推进飞行器第一、二、三级等；该飞行阶段子模块是飞行阶段信息的 存储空间，它用于存储各飞行阶段的名称和对应的速度增量信息。
[0025] 所述飞行方案构造模块由飞行器选择子模块和飞行阶段选择子模块两部分组成， 二者按顺序执行，即先执行飞行器选择子模块，再执行飞行阶段选择子模块。该飞行器选择 子模块是面向使用者的一个窗口，同时也是一个信息传递通道，它与飞行器子模块相连，使 用者可以从中选择载人登月所需的飞行器，该子模块能将相应飞行器的干重估算数学模型 传递给质量规模求解模块；该飞行阶段选择子模块是面向使用者的一个窗口，同时也是一 个信息传递通道，它与飞行阶段子模块相连，使用者可以从中选择飞行器对应的飞行阶段， 该子模块能将各飞行阶段的速度增量信息传递给质量规模求解模块。
[0026] 所述质量规模求解模块是逆推法和数学迭代求解算法的集合，它接收飞行方案构 造模块传递的飞行器干重估算数学模型和飞行阶段速度增量信息，对质量规模进行估算。
[0027] 3、优点及功效
[0028] 本发明将各个子系统的质量数据构造成数据库，质量规模估算时可直接调用，避 免了各子系统专业单独计算带来的大工作量；本发明还利用模块化的思想构造载人登月飞 行方案，构造过程简单，而且质量规模的估算方法具有通用性，对于构造的任何一种载人登 月飞行方案，都能在极短的时间内计算出质量规模，克服了传统方法计算效率低、不具有通 用性等缺点。
【附图说明】
[0029] 图1为载人登月质量规模估算方法框架流程图。
[0030] 图2为质量规模迭代求解流程图。
[0031] 图3为载人登月质量规模估算系统结构框图。
[0032] 图中符号说明如下：
[0033] e :迭代精度
[0034] m。:燃料贮箱质量初值
[0035] mpQ:推进剂总质量
[0036] m'。:根据推进剂总质量求得的燃料贮箱质量
【具体实施方式】
[0037] 以下结合附图和构造基于近地轨道一次交会对接的载人登月飞行方案实施例对 本发明作进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其 相似变化，均应列入本发明的保护范畴。
[0038] 由图1可以看出，本发明提供一种载人登月质量规模估算的方法，它包括以下几 个步骤：
[0039] 步骤一：建立质量规模参考数据库
[0040] 所述质量规模参考数据库由载人飞船和登月飞船各部件的质量、功能、功耗等参 数组成，各参数之间是并列关系。
[0041] 数据库采用层次模型，共分为4层：顶层为航天器层，包括推进舱、轨道舱、返回舱 和登月舱四部分；第二层为子系统层，包含结构与机构子系统、推进子系统、电源子系统、探 测制导与控制子系统、热控子系统、总体电路子系统、测控与通信子系统、数据管理子系统、 仪表照明子系统、应急救生子系统、乘员子系统、环控生保子系统、着陆回收子系统、出舱保