航天器交會對接任務分析與設計

內容概要

張柏楠編著的《航天器交會對接任務分析與設計》是交會對接技術領域的一本專著。全書分為8章，主要內容包括：交會對接的基本概念、發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢；空間交會問題的動力學理論；目標器軌道的選擇問題和調相策略；遠程段交會的標稱、偏差和故障對策；近距離導引段的偏差、故障對策和安全問題；最后逼近段的控制策略與安全問題；對接動力學對相對運動狀態(tài)的影響問題；撤離段的方案設計與分析等。
《航天器交會對接任務分析與設計》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動控制特性、方法和策略，其理論與實際結合緊密，具有較強的前沿性和實用性，可供從事航天任務設計的研究人員和工程設計人員參考，也可作為高等院校飛行器設計及相關專業(yè)研究生和本科高年級學生的教材。

書籍目錄

序
前言
第1章  緒論
  1.1 交會對接任務概述
    1.1.1 交會對接的基本概念
    1.1.2 交會對接技術分類
    1.1.3 交會對接的飛行階段和飛行程序
  1.2 交會對接技術發(fā)展歷史
    1.2.1 交會對接技術的誕生
    1.2.2 交會對接技術的成熟應用
    1.2.3 交會對接技術的新發(fā)展
  1.3 交會對接技術發(fā)展趨勢
  1.4 本書的主要內容
第2章  空間交會的動力學基礎
  2.1 引言
  2.2 坐標系統(tǒng)與運動學描述
    2.2.1 空間坐標系
    2.2.2 飛行器運動狀態(tài)描述
  2.3 飛行器軌道動力學模型
    2.3.1 軌道攝動動力學模型
    2.3.2 主要攝動項
  2.4 飛行器姿態(tài)動力學模型
    2.4.1 姿態(tài)描述
    2.4.2 姿態(tài)運動學方程
    2.4.3 姿態(tài)動力學方程
    2.4.4 空間環(huán)境力矩
  2.5 相對動力學模型
    2.5.1 一般條件下的相對動力學模型
    2.5.2 圓參考軌道下的相對動力學模型
    2.5.3 圓參考軌道下的相對動力學特性分析
    2.5.4 近圓軌道相對運動
    2.5.5 絕對運動與近圓相對運動的關系
  2.6 軌道機動
    2.6.1 單沖量對相對運動的影響
    2.6.2 多沖量變軌問題概述
  2.7 小結
第3章  目標器軌道與交會發(fā)射窗口
  3.1 引言
  3.2 目標飛行器軌道
    3.2.1 目標飛行器的軌道選擇
    3.2.2 目標飛行器的軌道調整和軌道維持
  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 平面窗口分析計算
    3.3.3 相位窗口分析計算
    3.3.4 發(fā)射窗口求解
  3.4 發(fā)射窗口的幾個相關問題
    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算
    3.5.1 相關模型
    3.5.2 發(fā)射窗口設計中的工程約束
    3.5.3 發(fā)射窗口示例與分析
  3.6 小結
第4章  遠距離導引段
  4.1 引言
  4.2 遠距離導引段軌道問題研究現(xiàn)狀
    4.2.1 理論研究
    4.2.2 工程實際研究
    4.2.3 變軌任務規(guī)劃模型
  4.3 遠距離導引段的變軌策略
    4.3.1 遠距離導引段工程約束
    4.3.2 特殊點變軌
    4.3.3 綜合變軌
    4.3.4 修正特殊點變軌
  4.4 變軌任務實時規(guī)劃
    4.4.1 主要誤差因素及誤差影響敏感度分析
    4.4.2 實時規(guī)劃問題及應用過程
    4.4.3 實時規(guī)劃策略
    4.4.4 仿真算例
  4.5 變軌故障后軌道重構規(guī)劃
    4.5.1 交會變軌故障及故障后軌道類型
    4.5.2 故障后軌道重構方案設計
    4.5.3 軌道重構規(guī)劃求解策略
    4.5.4 仿真算例
  4.6 小結
第5章  近距離導引段
  5.1 引言
  5.2 近距離導引段交會技術概述
    5.2.1 近距離導引段的控制目標
    5.2.2 近距離導引段軌道動力學模型與控制
    5.2.3 近距離導引段段偏差分析
    5.2.4 近距離導引段故障對策
  5.3 C-W制導方法及其改進
    5.3.1 C-W方程制導誤差分析
    5.3.2 C-W制導修正算法
    5.3.3 基于高精度軌道模型的近距離導引段控制
    5.3.4 基于非線性相對運動的制導方法
  5.4 LamC-Wert制導方法
    5.4.1 Lambert普適變量算法
    5.4.2 Lambert修正制導算法
    5.4.3 尋的段Lambert三脈沖制導分析
    5.4.4 尋的段Lambert四脈沖制導分析
    5.4.5 接近段二脈沖制導控制
  5.5 偏差情況下的飛行方案仿真研究
    5.5.1 近距離導引段段偏差分析的基本方法
    5.5.2 典型設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 被動軌跡安全分析
    5.6.3 近距離導引段的避撞機動
  5.7 故障情況下的飛行方案研究
    5.7.1 近距離導引段故障分類及其約束條件
    5.7.2 標稱方案設計
    5.7.3 變軌機動故障對策
    5.7.4 仿真算例
  5.8 小結
第6章  最后逼近段
  6.1 引言
  6.2 繞飛段與停泊點的設置
    6.2.1 停泊點的設置
    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 基于運動學關系的交會控制模型
    6.3.1 走廊式(水平)交會
    6.3.2 視線導引平行交會
    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?？刂撇呗?br />    6.4.5 算例
  6.5 被動安全逼近速度分析
    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)軌跡設計
    6.6.1 線性系統(tǒng)最優(yōu)軌跡設計的線性規(guī)劃解
    6.6.2 最后逼近段的最優(yōu)軌跡設計
    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動
    6.7.1 緊急避撞機動的啟動條件
    6.7.2 緊急避撞機動的設計原則
    6.7.3 緊急避撞機動方案分析
    6.7.4 算例
  6.8 小結
第7章  對接動力學建模與分析
  7.1 引言
  7.2 對接機構發(fā)展概述
  7.3 對接過程的變拓撲系統(tǒng)動力學描述
    7.3.1 變拓撲問題的一般表述
    7.3.2 變約束形式的變拓撲描述
    7.3.3 其他類型的描述
    7.3.4 變拓撲系統(tǒng)的模型
  7.4 空間對接過程中的接觸點檢測
    7.4.1 坐標系定義
    7.4.2 接觸點類型及判斷
    7.4.3 檢測算法仿真算例
  7.5 對接動力學數學模型
    7.5.1 建模假設
    7.5.2 剛體的牛頓-歐拉動力學方程
    7.5.3 對接各階段動力學方程
    7.5.4 捕獲段模型的求解策略
  7.6 對接動力學仿真
    7.6.1 仿真模型參數設置
    7.6.2 對接過程的仿真流程
    7.6.3 基于ADAMS軟件的對接動力學仿真
    7.6.4 仿真算例
    7.6.5 基于仿真的分析
  7.7 小結
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斜滑撤離制導控制
    8.3.3 基于視線角、安全距離約束的C-W撤離制導控制
    8.3.4 視線角的解析求解
    8.3.5 算例分析
  8.4 撤離安全軌跡設計
    8.4.1 安全軌跡概念
    8.4.2 撤離軌跡及被動安全的一般分析
    8.4.3 兩種撤離方案的安全性分析
  8.5 小結
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：插圖：交會對接技術是指兩個飛行器于同一時間在軌道同一位置以相同速度會合并在結構上連成一個整體的技術（林來興，1995；Fehse，2003）。參與交會對接的兩個飛行器通常一個為被動飛行器，一個為主動飛行器。被動飛行器不做任何機動或做少量機動，稱為目標飛行器或目標器，如空間站或飛船。主動飛行器要執(zhí)行一系列的軌道機動飛向目標器，稱為追蹤飛行器或追蹤器，如飛船或航天飛機等。飛行器的交會問題實質上是飛行時間固定或受約束、在自然攝動與軌道機動作用下的兩點邊界值問題?？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)行一系列的軌道機動，與目標飛行器在空間軌道上按預定位置和時間相會。所謂對接是指在完成交會后，兩個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復合飛行器的過程。

編輯推薦

《航天器交會對接任務分析與設計》由科學出版社出版。

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