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第1章 绪论 1

1.1 载人航天工程概述 1

1.1.1 载人航天的概念 1

1.1.2 载人航天工程组成 1

1.1.3 发展载人航天的意义 1

1.2 载人航天的发展 3

1.2.1 国外发展历程 3

1.2.2 中国发展历程 11

1.2.3 未来发展 12

1.3 载人航天飞行控制概述 15

1.3.1 载人航天飞行控制概念 15

1.3.2 载人航天飞行控制的作用和意义 16

1.3.3 载人航天飞行控制的基本要素 16

第2章 载人航天飞行控制任务分析 18

2.1 飞行控制对象 18

2.2 飞行控制任务 18

2.2.1 发射上升段任务 19

2.2.2 入轨段任务 19

2.2.3 自主飞行段任务 19

2.2.4 交会对接段任务 20

2.2.5 组合体飞行段任务 20

2.2.6 撤离段任务 20

2.2.7 返回段任务 20

2.3 飞行控制任务需求分析 21

2.3.1 上升段需求分析 21

2.3.2 入轨段需求分析 25

2.3.3 自主飞行段需求分析 27

2.3.4 交会对接段需求分析 28

2.3.5 组合体飞行段需求分析 31

2.3.6 撤离段需求分析 32

2.3.7 返回段需求分析 32

2.3.8 长期运营管理需求分析 33

第3章 航天器轨道动力学 35

3.1 时间、坐标系统 35

3.1.1 基本概念 35

3.1.2 时间系统 40

3.1.3 坐标系统 44

3.2 轨道动力学基础 49

3.2.1 二体问题和轨道要素 49

3.2.2 航天器轨道摄动 54

3.2.3 摄动运动方程及其数值解法 63

3.2.4 有摄运动的一些特点 68

3.3 轨道确定和预报 71

3.3.1 初始轨道确定 71

3.3.2 轨道改进 76

3.3.3 轨道预报 79

3.4 相对运动方程 87

3.4.1 相对运动动力学方程的建立 87

3.4.2 相对运动动力学方程的求解 89

3.5 返回运动方程 91

第4章 载人航天器制导、导航与控制技术 96

4.1 基本概念 96

4.2 任务与组成 99

4.2.1 制导、导航与控制系统的任务 99

4.2.2 制导、导航与控制系统的组成 100

4.3 姿态运动方程 104

4.3.1 姿态动力学方程 104

4.3.2 姿态运动学方程 106

4.4 姿态确定方法 108

4.4.1 姿态测量与姿态确定方法概述 108

4.4.2 基于陀螺、地球敏感器和太阳敏感器的航天器姿态确定 111

4.4.3 基于陀螺和星敏感器的航天器姿态确定 114

4.5 姿态控制方法 117

4.5.1 概述 117

4.5.2 喷气姿态控制技术 118

4.5.3 力矩陀螺姿态控制技术 121

4.5.4 大角度姿态机动控制 125

4.6 返回再入姿态控制 127

4.6.1 返回再入段动力学方程 127

4.6.2 返回再入制导、导航与控制 130

第5章 载人航天测控通信技术 133

5.1 USB测控技术 133

5.1.1 概述 133

5.1.2 USB测控技术原理 134

5.1.3 USB测控系统工作流程 145

5.2 中继卫星测控技术 148

5.2.1 概述 148

5.2.2 中继卫星系统组成 148

5.2.3 中继卫星系统技术原理及功能 151

5.3 空间信息传输协议体系 159

5.3.1 协议体系设计 160

5.3.2 协议体系应用 163

5.4 轨道测量方法与模型 163

5.4.1 统一S波段测量 164

5.4.2 中继卫星测量 165

5.4.3 导航卫星测量 166

5.5 陆海天基测控网 168

5.5.1 测控站 168

5.5.2 测量船 169

5.5.3 中继卫星系统 170

5.5.4 飞行控制中心 171

5.5.5 地面通信网 172

第6章 载人航天器轨道控制与维护技术 174

6.1 基本概念 174

6.1.1 轨道控制的含义及分类 174

6.1.2 轨道控制的主要任务 174

6.1.3 推力模型 176

6.2 轨道修正模型与方法 177

6.2.1 轨道周期的修正 177

6.2.2 轨道半长轴与偏心率的修正 178

6.2.3 轨道倾角与升交点赤经的修正 182

6.2.4 轨道相位的调整 183

6.3 轨道机动模型与方法 184

6.3.1 共面圆轨道转移机动 184

6.3.2 共面椭圆轨道转移机动 188

6.3.3 非共面圆轨道转移机动 190

6.4 轨道控制规划方法 191

6.4.1 交会对接变轨任务规划模型 192

6.4.2 远距离导引轨道控制策略 193

6.4.3 近距离多脉冲轨道控制策略 197

6.5 轨道维护技术 201

6.5.1 目标飞行器轨道维持与调相模型 201

6.5.2 载人飞船返回轨道维持 205

6.5.3 空间目标碰撞预警方法概述 206

第7章 空间交会对接飞行控制技术 209

7.1 概述 209

7.1.1 交会对接基本概念 209

7.1.2 交会对接发展概况 211

7.2 交会对接过程 215

7.2.1 发射及入轨段 216

7.2.2 远距离导引段 216

7.2.3 近距离导引段 216

7.2.4 最后逼近段 216

7.2.5 对接段和组合体飞行阶段 217

7.2.6 撤离段 217

7.3 远距离导引控制 217

7.3.1 控制系统结构 217

7.3.2 轨道控制策略 217

7.3.3 变轨任务实时规划 220

7.4 自主交会相对导航与控制 222

7.4.1 控制系统结构 222

7.4.2 相对导航技术 222

7.4.3 自主交会制导与控制方法 225

7.4.4 自主交会段的轨迹安全 227

7.5 手动交会控制 230

7.5.1 功能与系统组成 230

7.5.2 手动交会对接策略 233

7.6 撤离控制 237

7.6.1 撤离过程与约束 238

7.6.2 撤离制导控制策略 241

7.6.3 撤离安全轨迹设计 245

7.7 快速交会对接 247

7.7.1 国外快速交会对接情况概述 247

7.7.2 快速交会对接方案设计 249

第8章 返回控制 253

8.1 概述 253

8.1.1 返回控制技术的发展 253

8.1.2 返回过程 254

8.1.3 返回控制一般方法及作用 255

8.2 坐标系及坐标转换 257

8.2.1 坐标系 257

8.2.2 坐标转换 259

8.3 弹道式返回控制技术 263

8.3.1 弹道式返回轨道设计 263

8.3.2 弹道式返回控制计算模型 264

8.4 弹道—升力式返回控制技术 265

8.4.1 弹道—升力式返回轨道设计 265

8.4.2 弹道—升力式返回制导与控制 266

8.5 升力式返回控制技术 275

8.5.1 升力式返回轨道设计 275

8.5.2 升力式返回制导与控制 276

8.6 返回控制参数计算与特征点参数计算 278

8.6.1 返回控制参数计算 278

8.6.2 返回轨道特征点参数计算 282

第9章 载人航天飞行控制总体设计 284

9.1 概述 284

9.2 基本原则 284

9.3 系统组成 285

9.4 飞行轨道设计 285

9.4.1 设计目标 285

9.4.2 主要内容 285

9.4.3 运行轨道设计 286

9.4.4 发射窗口设计的约束条件 288

9.4.5 返回轨道设计 289

9.5 载人飞行系统控制体系设计 291

9.5.1 基本概念 291

9.5.2 各中心的任务 291

9.5.3 飞行控制回路 292

9.5.4 各控制回路的特点和作用 293

9.5.5 协同关系 293

9.6 天地飞行控制信道设计 294

9.6.1 概念 294

9.6.2 测控通信体制 294

9.6.3 信道设计 295

9.7 载人航天器飞行控制相关系统 298

9.7.1 概念 298

9.7.2 航天器载人环境控制 298

9.7.3 航天器热控 299

9.7.4 制导、导航与控制 300

9.7.5 航天器信息管理 301

9.7.6 航天器测控通信分系统 301

9.8 航天员手动控制 302

9.8.1 航天员手动控制的作用和意义 302

9.8.2 航天员手动控制的主要功能 302

9.8.3 航天员手动控制回路构成 303

9.9 飞行控制中心 303

9.9.1 任务 303

9.9.2 组成 304

9.9.3 主要功能 305

9.10 测控网 307

9.10.1 概念 307

9.10.2 任务 307

9.10.3 测控网构建 307

9.10.4 各飞行段测控资源配置 308

9.11 安全性、可靠性设计 310

9.11.1 概念 310

9.11.2 安全性设计要求 310

9.11.3 安全性分析 312

9.11.4 可靠性要求 314

9.11.5 可靠性设计项目与准则 314

9.11.6 可靠性模型、可靠性分配与可靠性预计 315

9.11.7 可靠性定性设计 320

9.11.8 软件可靠性设计 321

第10章 联试与验证 324

10.1 联试与验证的必要性 324

10.2 联试验证的主要内容和方法 324

10.2.1 联试验证的主要内容 324

10.2.2 联试和验证方法 325

10.3 航天器和测控通信系统设备级联试验证 326

10.3.1 对接的目的 326

10.3.2 对接的主要内容 326

10.3.3 对接验证的方法 327

10.4 测控网联调 327

10.4.1 联调目的 328

10.4.2 联调的主要内容 328

10.4.3 联调方法 328

10.5 航天器电测试 330

10.5.1 测试目的 330

10.5.2 测试项目 330

10.5.3 测试方法 331

10.5.4 地面测试支持系统 332

10.6 系统间联试 333

10.6.1 人船（器）联试 334

10.6.2 船器联试 334

10.6.3 船（器）地联试 335

10.6.4 人船地联试 336

10.6.5 人船器地联试 337

10.7 工程总体全系统仿真 339

10.7.1 仿真目的 340

10.7.2 系统组成 340

10.7.3 仿真内容 340

10.7.4 仿真过程及结果分析 342

参考文献 344