第1章 绪论 1
1.1空间操作与地面实验 1
1.2空间环境对航天器的影响 3
1.2.1空间环境的范围 3
1.2.2空间环境对航天器本体性能的影响 4
1.2.3空间环境对航天器运动特性的影响 9
1.3微重力实验的意义 11
1.3.1微重力实验对科学研究的重要意义 11
1.3.2微重力实验对载人航天的重要意义 13
1.3.3微重力实验对新型航天器研制的意义 14
1.3.4微重力实验对空间操作的意义 16
1.4微重力环境模拟和构建的方法与种类 17
1.4.1地面微重力环境构建的范围 17
1.4.2地面微重力实验需要解决的基本问题 18
1.5本书主要内容 20
参考文献 22
第2章 失重飞机实验 23
2.1实验简介及国内外现状 23
2.1.1失重飞机的原理 23
2.1.2失重飞机的优缺点 24
2.1.3国内外发展 26
2.2系统结构和实验方法 28
2.2.1系统构成 29
2.2.2实验项目实施方法 31
2.3失重飞机实验案例分析 34
2.3.1案例一：不同重力水平、重心以及重量对人体运动生物力学的影响 35
2.3.2案例二：骨细胞对变重力水平的响应研究 38
2.4结束语 41
参考文献 42
第3章 落塔实验 43
3.1落塔实验原理及国内外发展现状 43
3.1.1实验原理 43
3.1.2国内外现状 44
3.2落塔系统结构和实验方法 64
3.2.1落塔系统结构 65
3.2.2实验方法 70
3.3落塔实验案例分析 70
3.3.1实验目的 71
3.3.2实验模型和平台 71
3.3.3实验内容 74
3.3.4实验步骤 75
3.3.5实验结果和数据处理 75
3.4发展趋势 79
3.4.1提高实验精度 79
3.4.2实验方案创新 79
参考文献 81
第4章 吊丝系统 83
4.1吊丝系统的原理及国内外发展现状 83
4.1.1吊丝系统概念及原理 83
4.1.2吊丝系统应用范围及优缺点分析 84
4.1.3- 吊丝系统的国内外现状 85
4.2吊丝系统结构和实验方法 89
4.2.1吊丝系统的系统组成及构架 89
4.2.2吊丝系统的实验方法 97
4.3典型实验系统 100
4.3.1 SM2的吊丝实验系统 100
4.3.2 EMR的吊丝实验系统 105
4.4结束语 107
参考文献 109
第5章 气浮台实验系统 111
5.1气浮台物理仿真原理 111
5.1.1单轴气浮台 112
5.1.2三轴气浮台 114
5.1.3三自由度气浮平台 118
5.1.4五自由度气浮平台 119
5.2气浮台物理仿真的国内外现状 122
5.2.1单通道姿态控制物理仿真 122
5.2.2三通道姿态控制物理仿真 124
5.2.3编队飞行控制物理仿真 129
5.3航天器相对运动物理仿真试验系统典型配置 135
5.3.1航天器相对运动模拟器 136
5.3.2相对运动测量系统 138
5.3.3第三方位姿测量系统 138
5.4典型试验情况 139
5.4.1试验技术要求 139
5.4.2气浮台上系统方案设计 140
5.4.3地面测控系统技术方案设计 147
5.4.4典型试验结果 152
5.5结束语 153
参考文献 154
第6章 中性水池实验 155
6.1原理、优缺点及国内外现状 155
6.1.1中性浮力的概念和原理 155
6.1.2中性浮力实验的优缺点 155
6.1.3中性浮力实验的应用范围 157
6.1.4中性浮力水池的国内外现状 160
6.2系统结构和实验方法 162
6.2.1中性浮力实验设施的组成和结构 162
6.2.2中性浮力实验方法 166
6.3典型中性浮力设施及实验案例 168
6.3.1典型的中性浮力设施 168
6.3.2典型的中性浮力实验案例 171
6.4浮力控制技术 178
6.4.1磁流体的制备及密度调节方法 178
6.4.2磁性离子液体的合成及密度调节方法 187
6.4.3改变溶液配比对液体密度的影响 194
6.4.4液体介质浮力特性变化的控制技术 196
6.5存在的问题 199
参考文献 201
第7章 混合悬浮系统 203
7.1混合悬浮原理 204
7.1.1混合悬浮的基本原理 204
7.1.2 混合悬浮非接触力源的选择 204
7.1.3液磁混合悬浮的优缺点 210
7.2液磁混合悬浮的微重力效应模拟系统构建 211
7.2.1液浮系统组成 212
7.2.2电磁系统组成 212
7.2.3实验模型系统组成 217
7.2.4测量系统组成 219
7.2.5支持保障系统 220
7.3混合悬浮系统实验方法 220
7.3.1电磁力控制方法 220
7.3.2阻力预估与减阻方法 224
7.4混合悬浮系统设计及实验实例 226
7.4.1混合悬浮微重力效应模拟系统设计 226
7.4.2混合悬浮实验实例 229
参考文献 233
第8章 空间操作地面实验的相似性理论研究 235
8.1相似性的基本概念 235
8.2相似三定律及其发展历程 236
8.3相似性与模型实验研究 239
8.4相似准则的导出方法 241
8.5 Buckingham π定理 243
8.5.1 Buckinghamπ定理的表述 243
8.5.2 Buckingham π定理的证明 244
8.6空间操作地面实验相似准则的建立 248
8.6.1基于Buckingham π定理的相似准则 248
8.6.2轨道动力学问题的相似准则 253
8.6.3姿态动力学问题的相似准则 254
8.7基于相似准则的地面实验规划与设计 255
8.7.1近距离空间操作地面实验 255
8.7.2环绕运动地面实验 264
8.8混合悬浮实验环境影响相似程度的因素 274
8.8.1环绕实验干扰因素分析 274
8.8.2相对运动实验干扰因素分析 276
8.9结束语 277
参考文献 279
第9章 基于键合图理论的地面实验相似程度分析 281
9.1基于键合图理论的相似度量方法 281
9.1.1近似相似程度的量化度量 282
9.1.2状态变量的活性分析 284
9.1.3度量函数的改善 285
9.1.4相似性分析的流程 286
9.2环绕实验干扰对相似度的影响分析 288
9.3近距离操作实验干扰对相似度的影响分析 298
参考文献 312
第10章 混合悬浮实验测试方法 313
10.1系统液体浮力特性测试方法 313
10.2系统电磁力特性测试方法 314
10.2.1力的基本测量原理 314
10.2.2电磁力特性的测试方案 316
10.3系统微重力水平测试方法 322
10.3.1测试方法介绍 322
10.3.2测试方案 323
10.4面向空间操作地面实验的测试 324
10.4.1测试方法分析与选择 325
10.4.2 IMU测量误差机理与补偿 326
10.4.3绝对运动测量方案 332
10.4.4相对运动测量方案 335
参考文献 338
第11章Cyber空间辅助模拟实验方法 339
11.1概述 339
11.1.1 Cyber空间与Cyber性 339
11.1.2空间操作系统的Cyber性 339
11.1.3 Cyber与地面实验系统结合下的空间操作实验验证 341
11.2空间操作地面实验与Cyber实验的结合 343
11.3基于Cyber的空间操作地面实验系统总体框架 345
11.3.1系统总体框架 345
11.3.2系统层次结构 348
11.3.3系统功能模块设计 349
11.4基于Cyber空间操作的地面实验模型动力学建模 351
11.4.1坐标系定义 352
11.4.2单柔性体动力学方程 354
11.4.3舱段邻接递推关系 358
11.4.4实验体系统动力学方程 360
11.5基于Cyber的空间操作地面实验系统动力学预测建模 360
11.5.1动态贝叶斯网络推理模型 360
11.5.2动态贝叶斯网络推理 362
11.6系统中的时延分析 365
11.6.1影响网络时延的因素 365
11.6.2基于Cyber的空间操作地面实验系统时延分析 368
11.6.3星地视频和指令数据传输模拟 369
11.6.4星地视频和指令数据传输方式 370
11.6.5影响星地通信时延的主要因素 370
11.6.6星地通信时延模拟 372
11.7 Cyber环境建模技术研究 372
参考文献 374