航天器交會對接任務(wù)分析與設(shè)計(jì)

內(nèi)容概要

張柏楠編著的《航天器交會對接任務(wù)分析與設(shè)計(jì)》是交會對接技術(shù)領(lǐng)域的一本專著。全書分為8章，主要內(nèi)容包括：交會對接的基本概念、發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢；空間交會問題的動(dòng)力學(xué)理論；目標(biāo)器軌道的選擇問題和調(diào)相策略；遠(yuǎn)程段交會的標(biāo)稱、偏差和故障對策；近距離導(dǎo)引段的偏差、故障對策和安全問題；最后逼近段的控制策略與安全問題；對接動(dòng)力學(xué)對相對運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響問題；撤離段的方案設(shè)計(jì)與分析等。
《航天器交會對接任務(wù)分析與設(shè)計(jì)》全面系統(tǒng)地闡述了考慮各種工程約束情況下的交會對接運(yùn)動(dòng)控制特性、方法和策略，其理論與實(shí)際結(jié)合緊密，具有較強(qiáng)的前沿性和實(shí)用性，可供從事航天任務(wù)設(shè)計(jì)的研究人員和工程設(shè)計(jì)人員參考，也可作為高等院校飛行器設(shè)計(jì)及相關(guān)專業(yè)研究生和本科高年級學(xué)生的教材。

書籍目錄

序
前言
第1章  緒論
  1.1 交會對接任務(wù)概述
    1.1.1 交會對接的基本概念
    1.1.2 交會對接技術(shù)分類
    1.1.3 交會對接的飛行階段和飛行程序
  1.2 交會對接技術(shù)發(fā)展歷史
    1.2.1 交會對接技術(shù)的誕生
    1.2.2 交會對接技術(shù)的成熟應(yīng)用
    1.2.3 交會對接技術(shù)的新發(fā)展
  1.3 交會對接技術(shù)發(fā)展趨勢
  1.4 本書的主要內(nèi)容
第2章  空間交會的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
  2.1 引言
  2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)學(xué)描述
    2.2.1 空間坐標(biāo)系
    2.2.2 飛行器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述
  2.3 飛行器軌道動(dòng)力學(xué)模型
    2.3.1 軌道攝動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型
    2.3.2 主要攝動(dòng)項(xiàng)
  2.4 飛行器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型
    2.4.1 姿態(tài)描述
    2.4.2 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
    2.4.3 姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程
    2.4.4 空間環(huán)境力矩
  2.5 相對動(dòng)力學(xué)模型
    2.5.1 一般條件下的相對動(dòng)力學(xué)模型
    2.5.2 圓參考軌道下的相對動(dòng)力學(xué)模型
    2.5.3 圓參考軌道下的相對動(dòng)力學(xué)特性分析
    2.5.4 近圓軌道相對運(yùn)動(dòng)
    2.5.5 絕對運(yùn)動(dòng)與近圓相對運(yùn)動(dòng)的關(guān)系
  2.6 軌道機(jī)動(dòng)
    2.6.1 單沖量對相對運(yùn)動(dòng)的影響
    2.6.2 多沖量變軌問題概述
  2.7 小結(jié)
第3章  目標(biāo)器軌道與交會發(fā)射窗口
  3.1 引言
  3.2 目標(biāo)飛行器軌道
    3.2.1 目標(biāo)飛行器的軌道選擇
    3.2.2 目標(biāo)飛行器的軌道調(diào)整和軌道維持
  3.3 交會對接發(fā)射窗口問題
    3.3.1 發(fā)射窗口總體分析
    3.3.2 平面窗口分析計(jì)算
    3.3.3 相位窗口分析計(jì)算
    3.3.4 發(fā)射窗口求解
  3.4 發(fā)射窗口的幾個(gè)相關(guān)問題
    3.4.1 異面變軌能量估算
    3.4.2 發(fā)射窗口的高階修正
    3.4.3 發(fā)射場部署策略
  3.5 考慮工程約束的窗口計(jì)算
    3.5.1 相關(guān)模型
    3.5.2 發(fā)射窗口設(shè)計(jì)中的工程約束
    3.5.3 發(fā)射窗口示例與分析
  3.6 小結(jié)
第4章  遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段
  4.1 引言
  4.2 遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段軌道問題研究現(xiàn)狀
    4.2.1 理論研究
    4.2.2 工程實(shí)際研究
    4.2.3 變軌任務(wù)規(guī)劃模型
  4.3 遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段的變軌策略
    4.3.1 遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段工程約束
    4.3.2 特殊點(diǎn)變軌
    4.3.3 綜合變軌
    4.3.4 修正特殊點(diǎn)變軌
  4.4 變軌任務(wù)實(shí)時(shí)規(guī)劃
    4.4.1 主要誤差因素及誤差影響敏感度分析
    4.4.2 實(shí)時(shí)規(guī)劃問題及應(yīng)用過程
    4.4.3 實(shí)時(shí)規(guī)劃策略
    4.4.4 仿真算例
  4.5 變軌故障后軌道重構(gòu)規(guī)劃
    4.5.1 交會變軌故障及故障后軌道類型
    4.5.2 故障后軌道重構(gòu)方案設(shè)計(jì)
    4.5.3 軌道重構(gòu)規(guī)劃求解策略
    4.5.4 仿真算例
  4.6 小結(jié)
第5章  近距離導(dǎo)引段
  5.1 引言
  5.2 近距離導(dǎo)引段交會技術(shù)概述
    5.2.1 近距離導(dǎo)引段的控制目標(biāo)
    5.2.2 近距離導(dǎo)引段軌道動(dòng)力學(xué)模型與控制
    5.2.3 近距離導(dǎo)引段段偏差分析
    5.2.4 近距離導(dǎo)引段故障對策
  5.3 C-W制導(dǎo)方法及其改進(jìn)
    5.3.1 C-W方程制導(dǎo)誤差分析
    5.3.2 C-W制導(dǎo)修正算法
    5.3.3 基于高精度軌道模型的近距離導(dǎo)引段控制
    5.3.4 基于非線性相對運(yùn)動(dòng)的制導(dǎo)方法
  5.4 LamC-Wert制導(dǎo)方法
    5.4.1 Lambert普適變量算法
    5.4.2 Lambert修正制導(dǎo)算法
    5.4.3 尋的段Lambert三脈沖制導(dǎo)分析
    5.4.4 尋的段Lambert四脈沖制導(dǎo)分析
    5.4.5 接近段二脈沖制導(dǎo)控制
  5.5 偏差情況下的飛行方案仿真研究
    5.5.1 近距離導(dǎo)引段段偏差分析的基本方法
    5.5.2 典型設(shè)備的誤差敏感度分析
    5.5.3 正常飛行方案綜合誤差仿真分析
  5.6 近距離導(dǎo)引段的軌跡安全分析
    5.6.1 軌跡安全分析的一般方法
    5.6.2 被動(dòng)軌跡安全分析
    5.6.3 近距離導(dǎo)引段的避撞機(jī)動(dòng)
  5.7 故障情況下的飛行方案研究
    5.7.1 近距離導(dǎo)引段故障分類及其約束條件
    5.7.2 標(biāo)稱方案設(shè)計(jì)
    5.7.3 變軌機(jī)動(dòng)故障對策
    5.7.4 仿真算例
  5.8 小結(jié)
第6章  最后逼近段
  6.1 引言
  6.2 繞飛段與停泊點(diǎn)的設(shè)置
    6.2.1 停泊點(diǎn)的設(shè)置
    6.2.2 -V-Bar自主交會方案
    6.2.3 +R-Bar自主交會方案
    6.2.4 +V-Bar自主交會方案
  6.3 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系的交會控制模型
    6.3.1 走廊式(水平)交會
    6.3.2 視線導(dǎo)引平行交會
    6.3.3 相平面控制
    6.3.4 人工控制對接
  6.4 平移靠攏段的視線控制策略
    6.4.1 平移靠攏段的控制目標(biāo)和約束
    6.4.2 橫向控制策略
    6.4.3 縱向控制策略
    6.4.4 懸停控制策略
    6.4.5 算例
  6.5 被動(dòng)安全逼近速度分析
    6.5.1 長方體禁區(qū)
    6.5.2 球形禁區(qū)
    6.5.3 錐形禁區(qū)
  6.6 安全約束下的最優(yōu)軌跡設(shè)計(jì)
    6.6.1 線性系統(tǒng)最優(yōu)軌跡設(shè)計(jì)的線性規(guī)劃解
    6.6.2 最后逼近段的最優(yōu)軌跡設(shè)計(jì)
    6.6.3 軌跡安全約束
    6.6.4 算例
  6.7 最后逼近段的緊急避撞機(jī)動(dòng)
    6.7.1 緊急避撞機(jī)動(dòng)的啟動(dòng)條件
    6.7.2 緊急避撞機(jī)動(dòng)的設(shè)計(jì)原則
    6.7.3 緊急避撞機(jī)動(dòng)方案分析
    6.7.4 算例
  6.8 小結(jié)
第7章  對接動(dòng)力學(xué)建模與分析
  7.1 引言
  7.2 對接機(jī)構(gòu)發(fā)展概述
  7.3 對接過程的變拓?fù)湎到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)描述
    7.3.1 變拓?fù)鋯栴}的一般表述
    7.3.2 變約束形式的變拓?fù)涿枋?br />    7.3.3 其他類型的描述
    7.3.4 變拓?fù)湎到y(tǒng)的模型
  7.4 空間對接過程中的接觸點(diǎn)檢測
    7.4.1 坐標(biāo)系定義
    7.4.2 接觸點(diǎn)類型及判斷
    7.4.3 檢測算法仿真算例
  7.5 對接動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型
    7.5.1 建模假設(shè)
    7.5.2 剛體的牛頓-歐拉動(dòng)力學(xué)方程
    7.5.3 對接各階段動(dòng)力學(xué)方程
    7.5.4 捕獲段模型的求解策略
  7.6 對接動(dòng)力學(xué)仿真
    7.6.1 仿真模型參數(shù)設(shè)置
    7.6.2 對接過程的仿真流程
    7.6.3 基于ADAMS軟件的對接動(dòng)力學(xué)仿真
    7.6.4 仿真算例
    7.6.5 基于仿真的分析
  7.7 小結(jié)
第8章  撤離段
  8.1 引言
  8.2 撤離過程與約束
    8.2.1 撤離過程
    8.2.2 約束條件
  8.3 撤離制導(dǎo)控制策略
    8.3.1 徑向與切向沖量方案
    8.3.2 C-W斜滑撤離制導(dǎo)控制
    8.3.3 基于視線角、安全距離約束的C-W撤離制導(dǎo)控制
    8.3.4 視線角的解析求解
    8.3.5 算例分析
  8.4 撤離安全軌跡設(shè)計(jì)
    8.4.1 安全軌跡概念
    8.4.2 撤離軌跡及被動(dòng)安全的一般分析
    8.4.3 兩種撤離方案的安全性分析
  8.5 小結(jié)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：交會對接技術(shù)是指兩個(gè)飛行器于同一時(shí)間在軌道同一位置以相同速度會合并在結(jié)構(gòu)上連成一個(gè)整體的技術(shù)（林來興，1995；Fehse，2003）。參與交會對接的兩個(gè)飛行器通常一個(gè)為被動(dòng)飛行器，一個(gè)為主動(dòng)飛行器。被動(dòng)飛行器不做任何機(jī)動(dòng)或做少量機(jī)動(dòng)，稱為目標(biāo)飛行器或目標(biāo)器，如空間站或飛船。主動(dòng)飛行器要執(zhí)行一系列的軌道機(jī)動(dòng)飛向目標(biāo)器，稱為追蹤飛行器或追蹤器，如飛船或航天飛機(jī)等。飛行器的交會問題實(shí)質(zhì)上是飛行時(shí)間固定或受約束、在自然攝動(dòng)與軌道機(jī)動(dòng)作用下的兩點(diǎn)邊界值問題?？臻g的交會對接包括兩部分相互銜接的空間操作：空間交會（rendezvous）和空間對接（docking）。所謂交會是指目標(biāo)飛行器在已知軌道上穩(wěn)定的飛行，而追蹤飛行器執(zhí)行一系列的軌道機(jī)動(dòng)，與目標(biāo)飛行器在空間軌道上按預(yù)定位置和時(shí)間相會。所謂對接是指在完成交會后，兩個(gè)飛行器在空間軌道上接近、接觸、捕獲和校正，最后緊固連接成一個(gè)復(fù)合飛行器的過程。

編輯推薦

《航天器交會對接任務(wù)分析與設(shè)計(jì)》由科學(xué)出版社出版。

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