采用稳定裕度作为描述静态稳定性的物理量,推导了腿式月球着陆器各主要部分的几何参数及相对位置关系参数与着陆器静态稳定性之间关系表达式;分析了各主要参量的变化对稳定性的影响;并着重比较了三腿式与四腿式构型对稳定性的影响。分析表明在同等条件下四腿式结构较三腿式结构更稳定,可为腿式月球着陆器的设计和优化提供一定的理论依据。
分析了月球着陆舱在制动减速段对于控制的要求。以燃耗次优为出发点,求解得到无需进行迭代计算的期望姿态角计算公式,推导出仅与着陆舱的状态变量和终端约束相关的显式制导方案。基于滑模变结构控制方法,根据实际姿态角和期望姿态角的偏差,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,设计了姿态跟踪系统,给出了姿控发动机的控制方案。仿真结果表明,该控制系统能够实现制动减速段的飞行目标,着陆舱经过514 s飞行后,在距月面2 km处将速度减为零,将姿态调整到垂直向下,较好地完成了飞行任务。