第1章 绪论 1
1.1背景 1
1.2交会过程的复杂性 3
1.3目的和范围 6
第2章 交会任务的各个阶段 9
2.1发射和入轨 9
2.1.1发射窗口 9
2.1.2轨道面和轨道参数的定义 11
2.1.3发射作业的适应度 12
2.1.4发射末段航天器的状态 12
2.2调相并转移到目标航天器轨道附近 13
2.2.1调相的目标和终了状态 13
2.2.2修正时间偏差和轨道参数 14
2.2.3交会中参考坐标系 14
2.2.4前向/反向调相 15
2.2.5各个任务阶段的不同调相策略 16
2.2.6初始瞄准点的定位 17
2.2.7进入门替代瞄准点方案 17
2.2.8开环机动的最终精度 18
2.3远程交会作业 18
2.3.1远程交会的目的和目标 18
2.3.2交会时的相对导航 19
2.3.3轨道因素和弹性时间因素 19
2.3.4与目标航天器的通信联系 20
2.4近程交会操作 21
2.4.1接近 21
2.4.2最后逼近 23
2.5对接或停靠 26
2.5.1目标和终极条件 26
2.5.2关于捕获问题的讨论 27
2.6撤离 28
2.6.1撤离段的目标和终端条件 28
2.6.2撤离的限制和问题 29
第3章 轨道动力学和轨道要素 32
3.1参考坐标系 32
3.1.1地心赤道坐标系Feq 33
3.1.2轨道平面坐标系Fop 33
3.1.3航天器本体轨道坐标系Flo 34
3.1.4航天器姿态坐标系Fa 36
3.1.5航天器几何坐标系Fge 37
3.2轨道动力学 38
3.2.1围绕某一中心体的轨道运动 38
3.2.2轨道修正 41
3.2.3在目标参考坐标系中的运动方程 44
3.3关于轨道类型的讨论 46
3.3.1自由漂移运动 48
3.3.2脉冲机动 54
3.3.3连续推力机动 65
3.4关于运动方程的总结 80
第4章 逼近安全和避撞 84
4.1轨道安全与轨迹偏离 84
4.1.1故障公差和轨道设计要求 85
4.1.2轨道安全的设计原则 86
4.1.3轨道偏差的成因 87
4.2轨道摄动 88
4.2.1残留大气的阻力 89
4.2.2地球势能异常产生的摄动 95
4.2.3太阳压力 96
4.2.4羽流在追踪航天器和目标航天器之间的动态作用 98
4.3航天器系统产生的轨道偏差 99
4.3.1导航偏差引起的轨道偏差 100
4.3.2推进偏差引起的轨道偏差 103
4.3.3推进器故障导致的轨道偏差 107
4.4轨道偏差的防护措施 108
4.4.1主动轨道保护 108
4.4.2被动轨道保护 111
4.5避撞机动 117
第5章 逼近策略的设计因素 123
5.1逼近策略的约束条件概述 123
5.2发射和调相的约束 125
5.2.1交点的漂移 125
5.2.2到达时间的调整 126
5.3几何约束和设备约束 127
5.3.1目标捕获接口的位置和方向 127
5.3.2交会敏感器的作用范围 136
5.4同步监控的需要 138
5.4.1日光照明 139
5.4.2通信窗口 146
5.4.3航天员的活动 149
5.4.4调相和逼近中的时间—弹性因素 150
5.5船载资源和操作储备 153
5.6由目标站确定的逼近原则 155
5.7逼近方案实例 158
5.7.1逼近方案：案例1 158
5.7.2逼近方案：案例2 170
5.7.3逼近方案：案例3 180
第6章 航天器船载交会控制系统 188
6.1任务和功能 188
6.2制导、导航和控制 190
6.2.1导航滤波器 191
6.2.2制导功能 198
6.2.3控制功能 202
6.3模式排序和设备管理 225
6.4故障识别和修复概念 230
6.5与自动系统的远程交互 237
6.5.1与GNC功能的交互 238
6.5.2对自动GNC系统的人工状态更新 239
6.5.3人工在回路的自动GNC系统 240
第7章 交会导航敏感器 243
7.1基本的测量需求和概念 244
7.1.1测量需求 244
7.1.2测量原理 256
7.2射频敏感器 258
7.2.1距离和距离变化率的测量原理 258
7.2.2方向和相对姿态的测量原理 265
7.2.3测量环境和干扰 270
7.2.4对射频敏感器应用的综合评估 271
7.2.5实例：俄罗斯Kurs系统 273
7.3绝对卫星导航和相对卫星导航 280
7.3.1导航卫星系统简介 280
7.3.2用户部分的导航处理 284
7.3.3差分GPS和相对GPS的功能原理 291
7.3.4测量环境和干扰 296
7.3.5空间交会对接中卫星导航的总体评估 297
7.4光学交会敏感器 298
7.4.1激光扫描测距仪 299
7.4.2摄像交会敏感器 304
7.4.3测量环境和干扰 310
7.4.4对交会光学敏感器的总体评估 312
第8章 结构对接系统 317
8.1对接和停靠的基本概念 317
8.1.1对接操作 318
8.1.2停靠操作 320
8.1.3对接和停靠的共同点和主要不同点 323
8.2对接和停靠装置类型 325
8.2.1设计动因 325
8.2.2中心对接装置和周边对接装置的比较 328
8.2.3对接装置的异体同构设计 330
8.2.4非加压的对接/停靠装置 332
8.2.5对接和停靠装置举例 333
8.3接触动力学/捕获 341
8.3.1接触时的动量转换 341
8.3.2冲击减振动力学 344
8.3.3动量转换和冲击减振举例 348
8.3.4捕获中冲击减振装置和对准装置 352
8.3.5捕获装置 358
8.3.6 GNC和对接系统的接口 365
8.4最终连接的组件 367
8.4.1结构锁 368
8.4.2密封 372
第9章 空间和地面的系统设置 375
9.1空间和地面段的功能和任务 376
9.1.1交会任务中的一般系统设置 376
9.1.2控制职责和控制级别 379
9.2地面段对RVD的监视和控制 383
9.2.1监管控制的概念 383
9.2.2地面操作员所用的支持工具的功能 385
9.2.3目标站航天员的监测和控制功能 391
9.3通信限制 394
9.3.1数据传递的可靠性 395
9.3.2数据传输限制 398
第10章 验证与确认 405
10.1验证与确认的局限性 406
10.2开发过程中的RVD验证/确认方法 407
10.2.1交会和对接的独有特性 409
10.2.2开发周期中的验证阶段 410
10.3验证的方法和工具 412
10.3.1任务定义和可行性分析阶段 413
10.3.2设计阶段 414
10.3.3开发阶段 419
10.3.4操作方法和远程操作员工具的验证 426
10.3.5飞行产品生产阶段 430
10.4飞船部件和轨道环境的数学建模 431
10.4.1用于 RV控制系统测试的环境仿真的数学建模 432
10.4.2接触动力学仿真的建模 441
10.5模型、工具和设备的确认 443
10.5.1 GNC环境仿真模型的确认 444
10.5.2接触动力学仿真模型的确认 447
10.5.3仿真项目和激励设备的确认 449
10.6 RVD的主要仿真器和设备 450
10.6.1基于数学建模的验证设备 450
10.6.2光学敏感器激励设备的实例 452
10.6.3对接的动态激励设备 455
10.7 RVD/B技术的在轨演示 458
10.7.1在轨演示的目的和局限 458
10.7.2关键特征和装备的演示 459
10.7.3 RV系统和操作的在轨演示 465
附录A运动动力学（Finn Ankersen著） 472
A.1圆轨道的相对运动方程 472
A.1.1一般系统的微分方程 472
A.1.2近似解 477
A.1.3特殊解 480
A.1.4离散时间状态空间系统 483
A.1.5移动椭圆公式 484
A.2姿态动力学和运动学 487
A.2.1方向余弦矩阵（DCM） 487
A.2.2非线性动力学 488
A.2.3非线性运动学 489
A.2.4线性运动学和动力学姿态模型 489
附录B现有飞行器的交会策略 492
B.1航天飞机 492
B.2联盟号（Soyuz）/进步号（Progress） 496
附录C ISS背景下的交会飞行器 501
C.1国际空间站 502
C.2俄罗斯和平号空间站 507
C.3航天飞机 510
C.4联盟号飞船 512
C.5进步号飞船 514
C.6欧洲自动货运飞船（ATV） 516
C.7H—Ⅱ型货运飞船（HTV） 518
简称与缩略语 521
专业术语 525