航天器交会对接任务分析与设计PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1．1 交会对接任务概述 1

1．1．1 交会对接的基本概念 1

1．1．2 交会对接技术分类 2

1．1．3 交会对接的飞行阶段和飞行程序 6

1．2 交会对接技术发展历史 8

1．2．1 交会对接技术的诞生 8

1．2．2 交会对接技术的成熟应用 18

1．2．3 交会对接技术的新发展 28

1．3 交会对接技术发展趋势 45

1．4 本书的主要内容 46

第2章 空间交会的动力学基础 48

2．1 引言 48

2．2 坐标系统与运动学描述 48

2．2．1 空间坐标系 48

2．2．2 飞行器运动状态描述 55

2．3 飞行器轨道动力学模型 60

2．3．1 轨道摄动动力学模型 60

2．3．2 主要摄动项 60

2．4 飞行器姿态动力学模型 62

2．4．1 姿态描述 62

2．4．2 姿态运动学方程 69

2．4．3 姿态动力学方程 70

2．4．4 空间环境力矩 72

2．5 相对动力学模型 76

2．5．1 一般条件下的相对动力学模型 76

2．5．2 圆参考轨道下的相对动力学模型 78

2．5．3 圆参考轨道下的相对动力学特性分析 81

2．5．4 近圆轨道相对运动 89

2．5．5 绝对运动与近圆相对运动的关系 95

2．6 轨道机动 98

2．6．1 单冲量对相对运动的影响 98

2．6．2 多冲量变轨问题概述 109

2．7 小结 114

第3章 目标器轨道与交会发射窗口 115

3．1 引言 115

3．2 目标飞行器轨道 115

3．2．1 目标飞行器的轨道选择 115

3．2．2 目标飞行器的轨道调整和轨道维持 118

3．3 交会对接发射窗口问题 124

3．3．1 发射窗口总体分析 125

3．3．2 平面窗口分析计算 127

3．3．3 相位窗口分析计算 130

3．3．4 发射窗口求解 133

3．4 发射窗口的几个相关问题 134

3．4．1 异面变轨能量估算 134

3．4．2 发射窗口的高阶修正 136

3．4．3 发射场部署策略 141

3．5 考虑工程约束的窗口计算 145

3．5．1 相关模型 145

3．5．2 发射窗口设计中的工程约束 156

3．5．3 发射窗口示例与分析 161

3．6 小结 178

第4章 远距离导引段 179

4．1 引言 179

4．2 远距离导引段轨道问题研究现状 180

4．2．1 理论研究 180

4．2．2 工程实际研究 183

4．2．3 变轨任务规划模型 186

4．3 远距离导引段的变轨策略 189

4．3．1 远距离导引段工程约束 189

4．3．2 特殊点变轨 191

4．3．3 综合变轨 197

4．3．4 修正特殊点变轨 204

4．4 变轨任务实时规划 207

4．4．1 主要误差因素及误差影响敏感度分析 208

4．4．2 实时规划问题及应用过程 216

4．4．3 实时规划策略 217

4．4．4 仿真算例 220

4．5 变轨故障后轨道重构规划 223

4．5．1 交会变轨故障及故障后轨道类型 223

4．5．2 故障后轨道重构方案设计 224

4．5．3 轨道重构规划求解策略 226

4．5．4 仿真算例 229

4．6 小结 231

第5章 近距离导引段 232

5．1 引言 232

5．2 近距离导引段交会技术概述 232

5．2．1 近距离导引段的控制目标 232

5．2．2 近距离导引段轨道动力学模型与控制 232

5．2．3 近距离导引段段偏差分析 234

5．2．4 近距离导引段故障对策 235

5．3 C-W制导方法及其改进 236

5．3．1 C-W方程制导误差分析 236

5．3．2 C-W制导修正算法 246

5．3．3 基于高精度轨道模型的近距离导引段控制 249

5．3．4 基于非线性相对运动的制导方法 253

5．4 Lambert制导方法 262

5．4．1 Lambert普适变量算法 262

5．4．2 Lambert修正制导算法 264

5．4．3 寻的段Lambert三脉冲制导分析 265

5．4．4 寻的段Lambert四脉冲制导分析 269

5．4．5 接近段二脉冲制导控制 272

5．5 偏差情况下的飞行方案仿真研究 274

5．5．1 近距离导引段段偏差分析的基本方法 275

5．5．2 典型设备的误差敏感度分析 277

5．5．3 正常飞行方案综合误差仿真分析 283

5．6 近距离导引段的轨迹安全分析 288

5．6．1 轨迹安全分析的一般方法 288

5．6．2 被动轨迹安全分析 296

5．6．3 近距离导引段的避撞机动 301

5．7 故障情况下的飞行方案研究 304

5．7．1 近距离导引段故障分类及其约束条件 304

5．7．2 标称方案设计 306

5．7．3 变轨机动故障对策 306

5．7．4 仿真算例 309

5．8 小结 316

第6章 最后逼近段 317

6．1 引言 317

6．2 绕飞段与停泊点的设置 317

6．2．1 停泊点的设置 317

6．2．2 －V-Bar自主交会方案 319

6．2．3 ＋R-Bar自主交会方案 319

6．2．4 ＋v-Bar自主交会方案 322

6．3 基于运动学关系的交会控制模型 323

6．3．1 走廊式（水平）交会 323

6．3．2 视线导引平行交会 324

6．3．3 相平面控制 327

6．3．4 人工控制对接 329

6．4 平移靠拢段的视线控制策略 330

6．4．1 平移靠拢段的控制目标和约束 330

6．4．2 横向控制策略 331

6．4．3 纵向控制策略 331

6．4．4 悬停控制策略 332

6．4．5 算例 333

6．5 被动安全逼近速度分析 335

6．5．1 长方体禁区 335

6．5．2 球形禁区 341

6．5．3 锥形禁区 343

6．6 安全约束下的最优轨迹设计 346

6．6．1 线性系统最优轨迹设计的线性规划解 346

6．6．2 最后逼近段的最优轨迹设计 347

6．6．3 轨迹安全约束 348

6．6．4 算例 349

6．7 最后逼近段的紧急避撞机动 350

6．7．1 紧急避撞机动的启动条件 350

6．7．2 紧急避撞机动的设计原则 351

6．7．3 紧急避撞机动方案分析 352

6．7．4 算例 356

6．8 小结 356

第7章 对接动力学建模与分析 358

7．1 引言 358

7．2 对接机构发展概述 358

7．3 对接过程的变拓扑系统动力学描述 361

7．3．1 变拓扑问题的一般表述 362

7．3．2 变约束形式的变拓扑描述 366

7．3．3 其他类型的描述 367

7．3．4 变拓扑系统的模型 368

7．4 空间对接过程中的接触点检测 373

7．4．1 坐标系定义 374

7．4．2 接触点类型及判断 375

7．4．3 检测算法仿真算例 382

7．5 对接动力学数学模型 385

7．5．1 建模假设 385

7．5．2 刚体的牛顿-欧拉动力学方程 385

7．a．3 对接各阶段动力学方程 386

7．5．4 捕获段模型的求解策略 391

7．6 对接动力学仿真 393

7．6．1 仿真模型参数设置 393

7．6．2 对接过程的仿真流程 394

7．6．3 基于ADAMS软件的对接动力学仿真 396

7．6．4 仿真算例 397

7．6．5 基于仿真的分析 412

7．7 小结 416

第8章 撤离段 417

8．1 引言 417

8．2 撤离过程与约束 418

8．2．1 撤离过程 418

8．2．2 约束条件 420

8．3 撤离制导控制策略 424

8．3．1 径向与切向冲量方案 424

8．3．2 C-W斜滑撤离制导控制 425

8．3．3 基于视线角、安全距离约束的C-W撤离制导控制 427

8．3．4 视线角的解析求解 430

8．3．5 算例分析 432

8．4 撤离安全轨迹设计 440

8．4．1 安全轨迹概念 441

8．4．2 撤离轨迹及被动安全的一般分析 442

8．4．3 两种撤离方案的安全性分析 446

8．5 小结 451

参考文献 452