嫦娥的愿望400

篇一：2013年12月,嫦娥三号,科普小知识。

孙家栋、欧阳自远、叶培建三位院士在嫦娥三号发射前夕接受专访——

【人民日报】五问嫦娥三号无人登月

嫦娥三号探测器在月球表面的模拟图。新华社发

12月伊始，嫦娥三号在西昌卫星发射中心发射升空后，将前往38万公里之遥的月球，目标是落月，也就是无人登月。

嫦娥三号任务是我国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步，将实现我国航天器首次在地外天体软着陆，开展着陆器悬停、避障、降落及月面巡视勘察。如“落月”顺利，我国航天相关技术将实现巨大跨越，将为我国深空探测的发展奠定重要的技术基础。

发射前夕，开拓并亲历我国探月征程的孙家栋、欧阳自远和叶培建三位院士，接受了本报记者专访，讲述他们眼中的嫦娥三号和中国探月历程。

为什么在虹湾着陆？

——着陆区比较平坦，通讯和光照条件好

记者：嫦娥三号的月球软着陆区目前选定在月球虹湾地区，为什么虹湾是唯一的选择？

欧阳自远（首任探月工程月球应用科学首席科学家、中科院院士）：嫦娥三号计划将在月球虹湾着陆。虹湾位于月球正面的西北角，属于月海区域。月球正面，其实就是月球朝向地球的这一面。由于月球自转一周和绕地球一周都是约28天，所以地球上的人们永远只能看到月亮的一半，看不到另一半。又因为月球向着太阳的时间是半个月左右，背着太阳的时间也是约半个月，月亮的完整一天是地球概念的一个月。

从地球上看月球的那一半，会看到有几块黑斑，古代的时候，人们以为是海，就把它们命名为月海。其实我们现在知道那里一滴水也没有，是辽阔的平原。为什么是黑的呢？是因为月球上有些地方被撞出大盆地，盆地下面有很多岩缝。火山喷发，又把一些坑填平了。黑斑其实大多是石头，比如黑色的玄武岩。虹湾是大约39亿年前砸出来的一个坑，由于形似彩虹的弧形，就把这个月海区域的“海湾”命名为虹湾，大约有400公里长。

嫦娥三号在月球着陆，着陆区必须要能跟地球联系上，所以一定要降落在正面。而正面的具体位置，第一得通讯好，第二得阳光好，第三是那儿可以研究的问题多，第四是比较平坦，第五是最好别的国家还没有勘察过。相对而言，之前美国等国家月球探测多在月球赤道附近，高纬度地区不多。根据我们的测控能力，综合这几点，最终将着陆地点定在虹湾地区。

记者：虹湾的科学意义在哪里？

欧阳自远：虹湾这一带是月球研究的空白，没有勘察过。我们希望得到这一带石头的详细成分，研究它的成因，把这个地方研究得更精细一点。

由于虹湾是预设的着陆点，所以我们绘制了一张分辨率为1米的虹湾局部影像图，目的是要在虹湾地区选择一些更平坦的地方，有利于探测器顺利降落。此外，为了让嫦娥三号降落时不至于掉到大的月坑，嫦娥二号已用立体相机对虹湾进行了局域超高分辨率立体成像，直径大于３米的月坑清晰可辨。

月球着陆有多难？

——安全着陆和度过月夜将是两大考验

记者：嫦娥三号要在月球着陆，难度到底有多大？

孙家栋（首任探月工程总设计师、中科院院士）：如果说嫦娥一号是里程碑，那么嫦娥三号就是跨越式。嫦娥三号采用的新技术超过80％，要实现的任务又非常难。中国人第一次把自己的航天器落在地球以外的天体，并且要落得准、落得好，难度非常大。

和地球不一样，月球没有空气，不能靠大气层摩擦和降落伞的帮忙，降落要有新的思路。落到月球表面的时候，月球“土壤”非常松软，着陆器能不能“站住”，以及落下后月面巡视器也就是月球车能不能平稳地放出去，都要考虑周到。

还有个巨大的难点，是怎样让着陆器和月球车在月夜熬过极端低温。月球白天温度可高达150摄氏度，晚上能低至零下180摄氏度。月球一个晚上的时间长度，相当于地球的14天，所以着陆器和月球车能不能在月球过夜，是个巨大考验。还得保证月球白天到来后，太阳一照，这两台机器就能“醒来”。所以说，嫦娥三号基本上是个新的东西，搞工程最难的是，新的东西放在一起配合。我预祝嫦娥三号“落月”成功。

叶培建（嫦娥一号卫星总设计师、中科院院士）：嫦娥二号最低到过距月球15公里高度，嫦娥三号从距离月面15公里落下去开始轨道怎么走，这是第一次。为了平稳落下，并落到安全的地方，一方面，探测器上安装了许多设备，测量速度、距离，观察并判断降落位置平不平，这就涉及导航和空中悬停技术。最后几米要在月面自由落体，实现缓冲，吸收冲击力，这些都是第一次。而为了保证着陆器和月球车在月球过夜，我们第一次引入了核同位素电池来发热维持“生存”的最低温度。

主要的技术风险有这三个：着陆地点如何保证落到需要落的地方；如何确保新研制设备的可靠性；如何确保新软件的使用状态。这些，我们在地面上都经过了一个个试验。航天经验告诉我们，想到的都不会发生，发生的都没想到。没有成功之前，我们依然忐忑不安。嫦娥三号成功的话，意味着我们是第三个能够在月球着陆的国家，也是这几十年来的第一次。

欧阳自远：针对这些难题，科研人员采用变推力发动机、自主导航控制技术和研发缓冲吸能部件来攻克软着陆这一难关，并用“原子能电池”保证在寒冷的月夜下着陆器和月球车不被冻坏。而且“原子能电池”不会造成污染，决定使用这种电池时就已经预期到这些问题，电池都是密闭起来的，材料的半衰期也不是特别长。

要在月球上做什么？

——着陆器和月球车将开展探测：观天、看地、测月

记者：月球车会在月球上做什么？

欧阳自远：嫦娥三号月面巡视器，也就是俗称的月球车，刚刚在全球征名中被命名为“玉兔”号。如果“落月”成功，并成功驶离着陆器，“玉兔”号月球车将在月面工作三个月。它担负承载科学载荷进行月表形貌与地质构造、月表物质成分和可利用资源调查等使命。月球车走得不会特别快，比人们想象的走得慢，时速约200米。它的高性能体现在越障能力和通过性，而不是追求高速度，6个轮子中有4个可以驱动，而且它始终不会离开着陆器的“视野”。 着陆器和月球车，会同时开展各自探测，可以形容为“观天、看地、测月”，这是嫦娥三号在科学上最重要的内容。

观天，是指着陆器上安装了一台天文月基望远镜，进行月基光学天文观测。这也是人类首次把“天文台”搬到了月球上。地球上的天文学家最想做的一件事情，就是在没有大气、晴朗的月亮上观测天空、看星星，研究星系、恒星

的活动。

观地是指安装在着陆器上的极紫外相机，将对地球等离子体层进行极紫外成像探测。测月是指安装在月球车上的测月雷达，探测巡视路线上月壤厚度和结构，以及月壳岩石结构。月球车在月面行走，测月雷达可以测月球地底下30米深土壤层的结构和100米深的次表层结构，这个是国际上之前没有做过的。

深空首步为何选月球？

——通过到月球掌握深空探测等基础技术

记者：月球是我国深空探测的第一步，是因为工程技术上容易实现吗？

孙家栋：2004年嫦娥工程立项，2007年第一颗探月卫星嫦娥一号发射，2010年嫦娥二号卫星又成功探月，做到了经费少、周期短、质量好。我们制定了国家发展深空探测比较符合实际的方案，方案的思想是一步一步离开地球。离地球最近的空间支点是月球，我们有了探测月球的经验以后，才好逐步地离开地球。月球离地球40万公里左右，比较便于测试通讯等各种深空探测技术。同时，卫星上天围绕地球转，当你离开地球往深空发展，地球、卫星、月球，三者的运动关系就会发生很大的变化。这些，都可以通过到月球来掌握基础技术再发展。

实际上，上世纪90年代，我们的航天技术专家就开始探讨探月，同时科学家也在考虑第一步到月球做什么。科学探测的要求不能太高也不能太低，要结合航天工程水平，还要能够向前“跨一步”，在当时经济和科学技术条件下，月球探测是比较切合实际的深空探测计划。

我国的绕月探测工程也就是嫦娥工程共分为三期。一期工程为“绕”，已经由嫦娥一号实现。二期工程为“落”。嫦娥二号是先导星，嫦娥三号是关键任务，后面还有嫦娥四号，就是要实现月球软着陆。三期工程为“回”。要完成上升舱、返回舱、着陆探测器的研制，验证月面起飞、返回和再入等关键技术。

欧阳自远：绕月探测的第一步科学目标就是整体、全面、综合地了解月球。根据这个目标我们当时提出了嫦娥一号的4个科学目标：探测月面地形地貌，探测月球表面的元素和矿物成分，探测月壤特性，以及探测地月空间环境。嫦娥一号完全实现了既定目标。嫦娥二号原本是嫦娥一号的备份星，但嫦娥一号各项任务都完成得很好，就不需要备份星了，最后嫦娥二号做了嫦娥三号的先导星，也就是去打先锋，将嫦娥三号的技术难题和大部分落月路线去试验一遍，看看能不能做到。

嫦娥一号的最终归宿是撞到月球上。嫦娥二号完成任务后，由于燃料剩余、状态良好，又给它派了一个新任务，飞到离地球150万公里以外的拉格朗日L2点去探测太阳。飞离拉格朗日L2点后，又飞越并探测了图塔蒂斯小行星，开创了我国探测小行星的先河。

记者：嫦娥一号当时第一次奔向月球，风险是不是也很高？

孙家栋：第一次去月球，风险的确很大。奔向月球并绕月探测，要求轨道设计和计算合理，否则要么和月球擦肩而过，要么就是和月球撞一起。嫦娥一号卫星去月球，好比骑马打兔子，马跑兔子也跑，骑马的你还得打枪，难度不可谓不大。当时争论得很厉害，用大火箭还是小火箭？选的卫星平台是不是太大了，会不会造成大马拉小车??最后结果来看，嫦娥一号选了非常合理的技术路线，并实现了4项科学目标。

叶培建：地球轨道和月球轨道不一样。航天器绕着地球转，大部分在近地轨道，最远也就七八万公里。月球距离地球平均38万公里，我们当时最初具有的最大天线才12米，理论上测不了多远，因此我们就要把卫星上自带天线的能力做到极致。前两次探月，最紧张的时刻是近月时段，嫦娥卫星要近月制动。这时候早了不行，晚了也不行，只有唯一的时刻。如果这个时刻没有被月球捕获成为月球的“卫星”，就要过很多天再回来，那时候卫星状态什么样心里没底。

航天事业高风险，那么庞大的队伍搞科研，总会有些问题不知道，或者没有人告诉你。所以对任何可疑的事情都不能放过。欧阳自远院士说过一句话，科学家做研究，100次失败99次，只要有一次成功就是成功，而航天人搞航天，100次成功99次，只要有一次失败就是失败。

人类为什么要探月？

——月球有丰富能源资源，探月能带动大量的技术突破和进步

记者：在科学意义上，人类为什么去月球？

欧阳自远：在技术发展层面，人类探月活动特别是美国阿波罗计划产生了强大的推动力，带动了上世纪六七十年代世界高新技术的发展，其影响一直延续到今天，在计算机、通讯、医疗卫生等各个领域都发挥了巨大作用。现在又掀起人类重返月球的高潮，仍然是因为月球有几个问题非常重要，值得去探索。

月球有丰富的能源，这个是全球共识。比如太阳能，月球上的白天接近半个月，月球表面是真空，没有任何遮挡，可以无限制地铺设各种太阳能电池板，如果月球上的太阳能转变成电能以后输送到地球，将是巨大的能源。另外一种能源是氦3，石油、煤、天然气等终究要耗光，月球上氦3的资源量据初步估算超过100多万吨，如果利用，至少可以解决全人类能源的需求一万年以上。月球的矿产资源也极其丰富。另外，月球上的环境虽然极其恶劣，但是这些极端环境正适合生物制品和新材料的生产。

探测月球上的水，也是很时髦的一件事情。虽然月球白天太阳一出来100多摄氏度，根本不可能有水，但有一些地方永远照不着太阳，这些永久阴影区里可能含有水，国际上探月活动通过撞月最后确证月球上存在水、冰。

我觉得，中国应该离开地球去探测别的天体，这是科技发展的需要，也能够带动大量的技术突破和进步，能培养出一支高素质的航天人才队伍。嫦娥工程是中国人脱离地球引力离开地球摇篮的第一步，月球是前往深空的第一个门槛。

孙家栋：航天让人感动的地方在于，航天是一片沃土，只要一颗种子进入，会很好的茁壮成长。这背后是集体的力量。

航天梦是中国梦的一部分。航天梦是什么？我认为就是集成尖端技术，为经济建设、科学技术发展。我现在关心的是，天上取得的成果怎么“落地”，也就是怎么和国家的经济建设更好的结合起来，发挥更大的效益。目前我们的航天成果非常多了，北斗卫星导航系统目前发射了16颗卫星，已开始服务亚太地区，到2020年一共要发射30余颗北斗卫星。这么大的投资，除了安全需要，还应该更好地服务国民经济和社会发展。

航天事业的重要意义在于，让人类不仅看到今天，还要看到明天。将来的问题，我们不能到了将来才去解决。

（原载于《人民日报》 2013-12-02 20版）

人民网评：嫦娥三号成功发射的光荣和梦想 [2013-12-02]

北京时间2日凌晨2点17分，在西昌卫星发射中心，“长征三号乙”运载火箭将中国探月工程二期的嫦娥三

号月球探测器成功送入太空。2时21分，西昌卫星发射中心主任张振中宣布：“根据北京中心计算结果，嫦娥三号探测器已准确进入预定轨道。现在我宣布，嫦娥三号发射任务取得圆满成功！

虽已是凌晨，但无数人仍守候在电脑前、电视机前，加油、欢呼和祝福。所有的等待都很值得，所有的欢

愉都很真实，所有的祝福也都真诚。

从2007年10月发射嫦娥一号，到2010年10月发射嫦娥二号，再到如今发射嫦娥三号，短短6年里我国的探月工程迈出了一个又一个的坚实步伐。嫦娥三号的主要任务有两个，一个是实现月面软着陆，二是实现月面巡视勘察。众所周知，我国月球探测分为三个阶段，即无人月球探测、载人登月探测和人类在月球短暂驻留的月球基地建设。正在进行的无人月球探测，规划为“绕、落、回”三期。探月工程一期的任务是实现环绕月球探测。探月工程二期的任务是实现月面软着陆和自动巡视勘察，包括嫦娥二号、三号、四号3次任务。按照规划，我国有望在2020年前实现月球无人采样返回，从而完成无人探月工程“绕、落、回”三个探测阶段，为下一步载人探月奠定基础。载人探月，无疑更激动人心，但没有一步步的铺垫，哪有激动人心的未来？1969年7月20日，美

国宇航员尼尔?阿姆斯特朗乘坐“阿波罗11号”飞船登陆月球，踏上月表后所说的“个人一小步，人类一大步”，至今传为经典，可以确信在不远未来，中国人也会踏上月表。 嫦娥奔月，“玉兔”相随。何谓“玉兔”？玉兔号月球车。谁取的名字？网友。有媒体报道了嫦娥三号月球车的全球征名细节：自9月25日征名至10月25日征名提交截止，共收到提交名称5.3万余个。提交征名者包括在校学生、退休老人、工人、农民、科技工作者、军人及旅居海外华人。10天共收到有效投票344.5万张，其中玉兔号近65万张，得票第一。经终审评审，我国第一辆月球车命名为“玉兔号”。无论是嫦娥探测器还是玉兔月球车，都是颇有诗意的名称，既体现了中华民族传统文化的意味，又契合了我国和平利用太空的意愿。

而从征名这一行为本身看，既调动了公民的参与热情，更使国家的探月工程更接“地气”。毋庸讳言，在一个利益多元化、价值观纷呈的时代，不是所有的国家工程都赢得国人齐声叫好和支持，而国家在科技方面的大手笔，比如探月工程，却能赢得普遍的祝福声。诚然，谁不希望国家强大？国家强大，每一个炎黄子女都会开心和自豪，那些为国家强大而贡献力量的人也可敬可赞，正如有网友所称，“为祖国骄傲，向科学家致敬，我不崇拜明星，我只敬仰为祖国强大做出贡献的台前幕后广大人员??”这不是一个人的心声，而是具有相当典型性的民意。

探月工程，不是宏大叙事，与我们每个人息息相关，从无数网友熬夜关注到每一句祝福，都表达出了深沉的公民责任。爱国，不是喊出来的，而是行动。不断凝结共识，从自己做起，国家势必更强大。

“因为昨天的梦想，就是今天的希望，也就是明天的现实。”这是现代火箭之父戈达德的名言。人类的梦想不会停歇，中国人追求美好生活的行动不会止步，期待更好的梦想照进现实。

怀抱“玉兔”“嫦娥”出发——嫦娥三号发射侧记

2013年12月2日，四川小城西昌再次聚焦世人目光！凌晨1时30分，嫦娥三号探测器从这里起飞，奔向月球。 临近发射时分，记者来到西昌卫星发射中心二号发射工位附近指定区域，等待那振奋人心的瞬间。

“各号注意，30分钟准备！”崇山峻岭间，传来任务零号指挥员鄢利清沉着响亮的口令声，三年前的嫦娥二号卫星也是由他下达的点火发射口令。

远处，托举着嫦娥三号探测器的乳白色长征三号乙改进型运载火箭正矗立在二号发射塔架上，静待奔月。 “各号注意，5分钟准备！”

燃料加注手们熟练而小心地为火箭添加“动力”——温度极低的液氢和液氧，均属易燃、易爆、有毒气体，任何一个细节出问题都可能导致发射中止。

各岗位工作人员进入临战状态：远控楼内，电测、遥测、外测等系统技术人员，正按规程对火箭做最后的测试检查；瞄准间里，科研人员正对火箭姿态进行最后的精瞄；场坪四周不远处，消防车、安全保障组随时待命。塔台上工作人员已经全部撤离。

“??5、4、3、2、1，点火!”发控台操作手白春波果断地按下红色点火按钮。

1时30分,火箭拔地而起，底部喷出橘红色的火焰，轰隆声响彻山谷。

篇二：数学建模嫦娥三号运行轨迹及着陆点分析

2014高教社杯全国大学生数学建模竞赛

编 号 专 用 页

赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：

全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：

全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：

嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略

摘要：根据题目附录和文献[4]中提供的嫦娥三号的运行参数，利用角动量守恒及向量几何的方法，分别确定了近日点、远日点的位置向量和速度向量。与文献[4]的真实数据比较发现吻合良好。

本文重点关注优化减速控制与着陆点避障两方面：前者燃耗最大，后者决定着陆成败。

首先，在多重坐标变换基础上，建立了飞行器制动的动力学方程。并以燃耗为最优化性能指标、近月点状态为初始条件、着陆点状态为终端条件，利用极值原理求解飞行器的着陆轨迹，及其最优控制参数。

其次，对避障阶段采集的高程图采取水平剖分、比较高程方差的方法，解出最优降落点。

关键词：软着陆；最优轨道；避障

嫦娥三号于2013年12月2日1时30分成功发射，12月6日抵达月球轨道，于北京时间12月14号在月球表面实施软着陆。嫦娥三号在着陆准备轨道上的运行质量为2.4t，安装在其下部的主减速发动机能够产生1500N到7500N的可调节推力，其比冲（即单位质量的推进剂产生的推力）为2940m/s，可以满足调整速度的控制要求。嫦娥三号四周安装了姿态调整的发动机，在给定主减速发动机的推力方向后，能够自动通过多个发动机的脉冲组合实现各种姿态的调整控制。嫦娥三号的预定着陆点为19.51W，44.12N，海拔为-2641m。

嫦娥三号在高速飞行的情况下，为了保证嫦娥三号能准确地在月球预定区域内实现软着陆，关键的问题是着陆轨道与控制策略的设计。其着陆轨道设计的基本要求如下：着陆准备轨道为近月点15km，远月点100km的椭圆形轨道；着陆轨道为从近月点至着陆点，其软着陆过程共分为6个阶段，要求满足每个阶段在关键点所处的状态；尽量减少软着陆过程的燃料消耗。 根据上述的基本要求，建立数学模型解决下面的问题：

（1）计算其着陆准备轨道近月点和远月点的位置，以及嫦娥三号相应速度的大小与方向。

（2）确定嫦娥三号的着陆轨道和在6个阶段的最优控制策略。

（3）对于设计的着陆轨道和控制策略进行相应的误差分析和敏感性分析。

2.1技术背景

月球软着陆的方式有两种，分别是：1）从月球转移轨道直至月球轨道，从而实现软着陆；2）从月球的停泊轨道变轨到近月点，然后实现软着陆。

[2]

嫦娥三号要求准确的在月球预定区域内实现软着陆，它降落的过程为如下几个阶段：嫦娥三号先进行霍曼变轨，由高度约100km的停泊轨道进入到近月点高度约15km的椭圆轨道；到达近月点时，探测器的制动发动机点火，进入动力下降阶段，即上图中的DA段；在距离月面约2km时，水平速度减为0，即上图中的AF段，调整姿态后，探测器以自由落体的方式降落到月面，即上图中的FL段。

2.2着陆过程的主要考虑因素

着陆期间主要考虑两大因素：

一、主减速段是用时最长、推进剂消耗最多，因此最小化推进剂消耗是该段制导律的主要设计目标。

二、避障阶段决定飞行器能否顺利着陆，因此统计分析高程数据并采取相应横向推力最关重要。

2.3力学分析

F

嫦娥三号

y

嫦娥三号受力分析图

如上图示，以月心为坐标原点，月球自传轴为OZ轴，OX轴过零经度线，利用右手准则确定OY轴，建立空间直角坐标系。嫦娥三号探测器绕月运动中，受到指向月心的引力

个力同时作用。

引力是在月心坐标下考虑。

，以及相背于速度方向的由发动机产生的推力

两

其参数为： ?

? ? ?

发动机推力是在飞行器轨道坐标系下考虑的： 为万有引力常量且为月球的质量， 为航天器的质量

是航天器质心的坐标，

kg。

篇三：小兔子的愿望

小兔子的愿望

很久很久以前，那是一个宁静的夜晚，一轮皎洁的明月挂在夜空，洁白的光芒照在大地。

一只可爱的小兔子蹦蹦跳跳走在路上。只听“咚”的一声，原来它一不小心撞在了树上，这一撞可不轻呢，直撞得它眼冒金星，过了好一会儿再缓过来，慢慢地从地上爬起来。

你们猜猜，它好好的走路怎么就愣头愣脑往树上撞了呢？

那是因为啊，它一边走路一边低头思考着一个问题。什么问题呢？它呀，在想：嫦娥呀嫦娥，我什么时候才能见到嫦娥？我要能像玉兔那样和嫦娥一起玩该多好啊！它想着想着，根本就没有注意脚下，不就被撞了吗？

正在这时，从那皎洁的月亮上发出一道美丽而又柔和的光芒，直投向大地，投在了小兔子面前。小兔眼前出现了一个美丽的仙女！天啊！她是嫦娥。小兔惊呆了，愣在那里。

嫦娥笑眯眯的看着它，眼里带着温暖的光芒。只听嫦娥温柔地说：“来吧，小兔子，我听到了你的心声，和我一起玩儿吧。”小兔子这才从惊喜中回过神来。

小兔子和嫦娥开心的玩了好一会儿，玩的不亦乐乎。最后，嫦娥要回家了，回到月宫。小兔子依依不舍的和嫦娥道别。

小兔子感叹道：愿望总是要有的，万一实现了呢！

张汐颜

三（5）

篇四：2013届苏北三市高三调研测试试卷(一)地理(含答案)

2013届高三调研测试试卷(一)

地 理

本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(综合题)两部分。满分120分，考试时间100分钟。

第Ⅰ卷(选择题 共60分)

一、 选择题(共60分)

(一) 单项选择题：本大题共18小题，每小题2分，共36分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

北京时间2012年12月13日16：30，“嫦娥二号”在700万千米深空成功探测到“战神”图塔蒂斯小行星。读图1，回答1～2题。

图1

1. 下列关于图示天体的描述正确的是( )

A. 小行星图塔蒂斯围绕地球公转 B. 目前“嫦娥二号”已飞出太阳系 C. “嫦娥二号”主要任务是探月 D. 图中天体构成四级天体系统 2. 探测到“战神”之后几日( )

A. 地球公转速度逐渐减慢 B. 伦敦昼渐长，夜渐短

C. 北京的日出方向为东北 D. 悉尼的楼房正午日影逐渐变短 读“中国东南地区某地等高线地形图”(图2)，回答3～4题。

图2

3. 下列关于该地地形的说法正确的是( ) A. 岭谷相间分布 B. 喀斯特地貌广布 C. 山脉呈东西走向 D. U形谷众多 4. 相对于N地，M地附近( )

A. 水资源较丰富 B. 土壤极薄 C. 太阳辐射强 D. 线速度较大

《齐民要术》有一段描述：“凡五果，花盛时遭霜，则无子。天雨新晴，北风寒彻，是夜必霜。此时放火(无焰的小火)，少得烟气，则免于霜矣。”读图3和图4，回答5～6题。

图3

图4

5. 图3各条曲线中，能正确反映“天雨新晴，北风寒彻”气压变化的是( ) A. ① B. ② C. ③ D. ④

6. “此时放火作，少得烟气，则免于霜矣”，造成“免于霜矣”的主要原因是图4中的( )

A. a增强 B. b增强 C. c增强 D. d增强

2012年8月，图示区域某地发生森林火灾，大片森林和房屋被大火吞噬。读图5，回答7～8题。

图5

7. 图5中火灾点山麓地带的植被类型主要是( ) A. 针阔叶混交林 B. 落叶阔叶林 C. 常绿硬叶林 D. 常绿阔叶林

8. 该次大火火势强劲的主要原因是( ) A. 受盛行西风影响，风力强 B. 受沿海暖流影响，气温偏高 C. 受热带气旋影响，盛行上升气流 D. 受副热带高压影响，炎热少雨 读图6，回答9～10题。

图6

9. 下列说法正确的是( )

A. 图中可以看出地壳厚度不均 B. 莫霍界面以上为岩石圈 C. 大陆地壳一定比大洋地壳厚 D. 莫霍界面是岩浆发源地 10. 喜马拉雅山上有大量石灰岩分布，说明该地区( ) A. 目前变质作用强烈 B. 曾经地势地洼 C. 有过强烈的火山喷发 D. 冰川广布

读“某省不同年龄组占总人口比例变化图”(图7)，回答11～12题。

图7

11. 据图可知1953～2010年期间该省( ) A. 0～14岁人口占总人口比例逐年下降 B. 15～64岁人口占总人口比例逐年上升

C. 65岁及以上人口占总人口比例上升趋势明显 D. 0～64岁人口数量减少趋势明显

12. 该省人口老龄化现象明显，下列关于该省人口老龄化的叙述合理的是( )

A. 大量人口迁入加快了人口老龄化进程 B. 社会经济发展是人口老龄化的原因之一 C. 计划生育政策延缓了人口老龄化进程 D. 大量吸纳海外移民解决人口老龄化的问题

图8

读“多核心模式示意图”(图8)，回答13～14题。

13. 如果图中各功能区的区位选择符合环境保护要求，则该城市可能位于( ) A. 欧洲西部 B. 印度南部 C. 中国东部 D. 加拿大西海岸

14. 近年来我国许多城市将“批发、轻工业区”外迁到远郊，主要不是因为( ) A. 缓解市区交通压力 B. 市中心附近地价高 C. 批发、轻工业污染严重 D. 市中心附近人口流量大

图9

2020年我国将逐步建成以郑州为中心的三大交通圈，并把中原城市群打造成中西部地区规模最大的城市群。读图9，回答15～16题。

15. 图中2小时交通圈的交通工具设计时速大约是( ) A. 50 km B. 80 km C. 120 km D. 250 km

16. 图中三个交通圈的建设可以( ) ① 加快区域政治、经济一体化的进程 ② 促进区域城市化的发展 ③ 扩大郑州的城市服务范围 ④ 避免同等级城市服务范围重叠

A. ①② B. ③④ C. ①④ D. ②③

读“某产业园生产示意图”(图10)，回答17～18题。

图10

17. 该产业园可能位于( )

A. 新疆 B. 海南 C. 河南 D. 湖南 18. 该产业园实现了( )

A. 废弃物和二氧化碳的零排放 B. 增加橡胶产量，提高了经济效益 C. 缩短产业链，减少了能源的消耗 D. 生态、经济和社会的可持续发展

(二) 双项选择题：本大题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有两项是符合题目要求的。每小题全选对者得3分，选错、少选或不选均不得分。

图11中M为中东某国，该国国土面积约18.5万km2，2012年人口数量约2 253万人，地形以高原为主，经济结构以农业为主，棉花和小麦占出口比重较大。读图，回答19～20题。

图11

19. 下列关于M国的叙述，正确的是( ) A. 西部沿海地区，冬季降水较多 B. 河网密集，径流量大

C. 人口密度西部地区大于东部地区 D. 石油工业是其最主要的经济支柱

20. M国的棉花品质好、等级较高的原因是( ) A. 光照充足，昼夜温差大 B. 距海近，降水丰富

C. 地广人稀，机械化水平高 D. 手工采摘，霜雪少见

2012年7月21日，北京城遭遇特大暴雨，导致严重的内涝现象。读“城市水循环示意图”(图12)，回答21～ 22题。

图12

21. 导致北京此次严重内涝的主要原因是( )

A. 气候异常导致环节①数量过多 B. 热岛效应导致环节②数量增加 C. 排水设施不足导致环节③受阻 D. 城市化导致环节④数量增加 22. 要减轻大城市中心区的内涝，下列措施合理的是( ) A. 将市中心的地表水调往郊区

B. 提倡营造“绿色屋顶”和“绿色阳台” C. 合理规划城市的排水系统

D. 城市建设中尽可能保护天然池塘、河道

读“江苏省三地四季降水量占全年降水量百分比表”(表1)和“江苏省年降水量分布图”(图13)，回答23～24题。

篇五：嫦娥三号

嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略

摘要

嫦娥三号成功实现软着陆已成为外界所关注的焦点，嫦娥三号从绕月圆轨道进入着陆预备轨道后，需要经过主减速，快速调整，粗避障，精避障，缓速下降，自由落体六个阶段来完成卫星软着陆。在高速飞行的情况下，为保证准确地在月球预定区域内实现软着陆，需要对着陆轨道与控制策略进行设计，在嫦娥三号的着陆过程中还要考虑到燃料的消耗问题。为解决此类问题，我们建立了数学模型。

针对问题一：通过能量守恒定律可以求出卫星在月球近月点的速度为1.673千米/秒在远月点的速度为1.633千米/秒，其运行方向顺着其运行轨道运动。以月球中心做圆心建立三维坐标，根据材料给出的预定着陆点位置根据材料给出的预定着陆点位置通过线性约束，求出近月点与预着陆点水平距离为357.939千米，结合物理知识逆推出卫星近月点的位置（19.51E 28.32S 15km），并根据已求出的近月点坐标得出远月点坐标（160.49E 28.32S 100km）。

针对问题二:为保证嫦娥三号探测器能够安全、可靠的实现软着陆这一过程，我们建立动力学模型，为实现燃料最优软着陆，建立燃料最优控制模型，其中在软着陆最后阶段，嫦娥三号关闭发动机，卫星进行初速度为0米/秒的自由落体运动

针对问题三:在整个运动过程中忽略了月球自传对卫星着陆的影响，与此同时卫星四周的姿态调整发动机在姿态调整过程中也有耗能，从而导致误差产生。对嫦娥三号运行参数，消耗比，t/W,运动时间等进行误差分析，敏感性分析。

关键词 逆推法 动力学模型 pontryagin极大值原理 优化模型 MATLAB

一、问题重述

嫦娥三号于2013年12月2日1时30分成功发射，12月6日抵达月球轨道。嫦娥三号在着陆准备轨道上的运行质量为2.4t，其安装在下部的主减速发动机能够产生1500N到7500N的可调节推力，其比冲（即单位质量的推进剂产生的推力）为2940m/s，可以满足调整速度的控制要求。在四周安装有姿态调整发动机，在给定主减速发动机的推力方向后，能够自动通过多个发动机的脉冲组合实现各种姿态的调整控制。嫦娥三号的预定着陆点为19.51W，44.12N，海拔为-2641m。

嫦娥三号在高速飞行的情况下，要保证准确地在月球预定区域内实现软着陆，关键问题是着陆轨道与控制策略的设计。其着陆轨道设计的基本要求：着陆准备轨道为近月点15km，远月点100km的椭圆形轨道；着陆轨道为从近月点至着陆点，其软着陆过程共分为6个阶段，要求满足每个阶段在关键点所处的状态；尽量减少软着陆过程的燃料消耗。

根据上述的基本要求，建立数学模型解决下面的问题：

（1）确定着陆准备轨道近月点和远月点的位置，以及嫦娥三号相应速度的大小与方向。

（2）确定嫦娥三号的着陆轨道和在6个阶段的最优控制策略。

（3）对于设计的着陆轨道和控制策略做相应的误差分析和误差分析。

二、模型假设

（1）假设嫦娥三号的软着陆不受月球自转影响； （2）假设嫦娥三号水平调位耗能极低可约为零； （3）月球、日地引力摄动等因素均可忽略不计；

（4）忽略除地球以外的其他因素对飞船运动的影响。

三、符号说明

四、问题理解与模型分析

1、确定着陆准备轨道近月点和远月点的位置，以及嫦娥三号相应速度的大小与方向。

（1）用能量守恒法计算出近月点及远月点的速度。 （2） 先大致估计月球着陆经过的水平路程，并根据给定的预定软着陆位置及运行轨道用线性约束求出水平路程、时间、速度角度等。

2、确定嫦娥三号的着陆轨道和在6个阶段的最优控制策略。在满足每个阶段在关键点所处的状态的前提下；尽量减少软着陆过程的燃料消耗，可以看做一个针对燃料节省的最优化问题。

（1）建立动力学模型。 （2）建立最优控制模型。

设计主减速段制导控制律（采用燃料最优制导律）针对主减速阶段，卫星主发动机运作进行减速，整个阶段卫星进行抛物体运动，并在此阶段内实现速度从1.7千米/秒降到0米/秒。1主减速模式，卫星主发动机运作进行减速，整个阶段卫星进行抛物体运动设计快速调整段制导律（采用重力转弯制导）设计粗避障段制导律（参考火星动力下降段制导律，可采用D’Souza 制导，或多项式制导， 将平坦区域作为目标着陆点，从而避开岩石）分析星下光学敏感成像图片，启动姿态调整发动机进行水平位移，粗步避开大陨石坑，并进行减速运动，在末阶段实现卫星悬停于目标位置上方。同设计精避障段制导律（参考火星动力下降段制导律，可采用D’Souza 制导，或多项式制导， 将平坦区域作为目标着陆点，从而避开岩石）分析高分辨率三维成像启动姿态调整发动机进行水平位移，精细避开月面障碍物，主发动机产生恰好抵消自身重力的推力，维持稳定下降，经过调整，实现水平速度为0米/秒

3、对于设计的着陆轨道和控制策略做相应的误差分析和敏感性分析。 （1） 误差主要包括：推进剂比冲误差、发动机推力误差等主要误差及月球自转对卫星着陆的影响。

（2） 可在这些参数标称值的基础上加上或减去10%的偏差，画出轨迹，分析着陆轨迹对这些参数的敏感性。

五、模型的建立与求解

5.1、问题一的模型建立

5.1.1模型准备

嫦娥三号探测器在近月点（高度15km）开始软着陆，进入动力下降阶段，当距离月面大约2km的时候其水平速度变为零，经姿态调整之后，探测器垂直降落至月面。为此，建立起以下两个坐标系：惯性坐标系和月固坐标体系(图1和图2)[1]，以方便解决问题。

L

Z

x

图1: 惯性坐标系

惯性坐标系是以月心为原点、以月球赤道面为参考面，其中o?x轴指向月球赤道相对于白道的升交点，o?y轴指向月球自转方向，o?z轴由右手坐标系决定。且x轴、y轴的方向都指向纬数增大的方向。

p

图2: 月固坐标系

1

月固坐标系（右手坐标系）是以月球赤道面为参考平面，其中月球赤道面与起始子午面的交线方向，5.1.2 能量守恒定律

o?xl

指向

o?

y

l

指向月球自转轴方向。

设A，B分别为嫦娥三号运动的近月点和远月点 ，vA和vB分别表示嫦娥三号经过这两点的速度，由于速度沿轨迹的切线方向，可知与轨迹形成椭圆长轴垂直，且A，B两点距月心的距离分别为：

LA?a?c1，LB?a?c2

在A，B两点分别取极短的相等时间?t，则嫦娥三号与月球在这两段时间内扫过的面积分别为 ?SA?律[2]：

11

vA??t?LA， ?SB?vB??t?LB，根据开普勒第二定22

?SA??SB,

代入得：

vB?

a?c1

vA

a?c2。

嫦娥三号运动的总机械等于其动能和引力势能之和，故当嫦娥三号分别经过A，B两点时的机械能为:

EA?

1GMm1GMmmv2A?(?)?mv2A?()2LA2a?c

，

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