第1部分 载人航天仿真支撑技术 3
第1章 绪论 3
1.1 载人航天技术发展概况 3
1.1.1 载人航天系统概念与组成 3
1.1.2 载人航天发展现状 4
1.2 系统仿真技术概述 11
1.2.1 系统仿真概念 11
1.2.2 系统仿真分类 12
1.2.3 系统仿真适用性 14
1.2.4 系统仿真过程 15
1.3 载人航天系统仿真 18
1.3.1 载人航天系统仿真层次 18
1.3.2 载人航天系统级仿真发展 21
1.3.3 载人航天任务级仿真发展 33
1.3.4 载人航天训练仿真发展 38
参考文献 45
第2章 载人航天仿真基本原理 50
2.1 系统仿真建模 50
2.1.1 仿真建模基本要求 50
2.1.2 建模仿真的方法、原则与模型分类 51
2.1.3 模型的校核、验证与确认 57
2.2 系统仿真方法 61
2.2.1 连续系统数值积分方法 61
2.2.2 其他仿真方法 76
2.3 系统仿真试验 91
2.3.1 蒙特卡洛法 92
2.3.2 仿真试验设计方法 95
2.3.3 抽样方法 100
2.3.4 随机变量产生方法 102
2.3.5 方差缩减技术 105
2.4 载人航天可视化仿真技术 107
2.4.1 可视化仿真简介 107
2.4.2 可视化仿真工具 108
2.4.3 可视化仿真典型框架 115
参考文献 118
第3章 载人航天仿真架构与平台 119
3.1 载人航天仿真架构 119
3.1.1 集中式仿真架构 119
3.1.2 分布式仿真架构 127
3.2 分布式仿真标准 134
3.2.1 分布交互仿真DIS 134
3.2.2 高层体系结构HLA 140
3.3 分布式仿真平台dSIM 146
3.3.1 平台简介 146
3.3.2 功能与特点 147
3.3.3 组成 150
3.3.4 关键技术 153
3.3.5 使用流程 162
参考文献 167
第2部分 载人航天系统建模 171
第4章 载人航天仿真基础模型 171
4.1 时间系统 171
4.1.1 世界时系统 171
4.1.2 原子时系统 173
4.1.3 历书时与动力学时 174
4.1.4 时间系统转换 175
4.1.5 年、历元与儒略日 176
4.2 坐标系统 177
4.2.1 基本概念 177
4.2.2 星际坐标系统 179
4.2.3 地球基准坐标系统 180
4.2.4 航天器基准坐标系统 188
4.3 空间环境模型 190
4.3.1 空间引力场 191
4.3.2 大气模型 196
4.3.3 空间磁场 199
4.3.4 星历模型 199
4.4 航天器轨道动力学模型 205
4.4.1 轨道描述 205
4.4.2 绝对轨道动力学 211
4.4.3 相对轨道动力学 212
4.4.4 摄动理论 217
4.5 航天器姿态动力学模型 225
4.5.1 姿态描述 226
4.5.2 姿态运动学 230
4.5.3 姿态动力学 231
4.5.4 空间环境力矩 232
4.6 航天动力学基础库AstroLib 234
4.6.1 结构功能介绍 235
4.6.2 支撑数据 235
4.6.3 航天动力学库 235
4.6.4 数学库 239
4.6.5 工具库 240
参考文献 241
第5章 逃逸与应急救生仿真建模 243
5.1 载人航天救生系统概述 243
5.1.1 逃逸与应急救生任务定位 244
5.1.2 逃逸救生系统发展概况 247
5.1.3 应急救生模式划分 254
5.1.4 逃逸救生系统的组成 259
5.2 逃逸与应急救生系统仿真模型体系 263
5.2.1 逃逸与应急救生仿真建模需求 263
5.2.2 重点仿真状态 265
5.2.3 逃逸与应急救生仿真模型分类 267
5.3 逃逸飞行器刚体动力学模型 268
5.3.1 坐标系 268
5.3.2 质心运动学方程 272
5.3.3 绕质心的转动方程 275
5.3.4 载荷分析模型 280
5.3.5 分离模型 291
5.4 逃逸飞行器结构完整性分析模型 294
5.4.1 结构完整性分析任务与基本假设 295
5.4.2 轴向模型 298
5.4.3 法/横向模型 300
5.4.4 过载与内力分析模型 307
5.4.5 栅格翼分析模型 310
参考文献 315
第6章 交会对接仿真建模 317
6.1 交会对接仿真概述 317
6.1.1 交会对接概念 317
6.1.2 交会对接技术分类 317
6.1.3 国内外研究进展 319
6.2 交会对接任务总体方案 327
6.2.1 远距离导引段飞行任务 327
6.2.2 近距离导引段飞行任务 332
6.2.3 平移靠拢段飞行任务 335
6.2.4 对接段及组合体飞行任务 338
6.2.5 撤离段飞行任务 340
6.3 远距离导引段仿真建模 341
6.3.1 远距离导引基本模型 342
6.3.2 远距离特殊点变轨策略 344
6.3.3 远距离综合变轨策略 353
6.4 近距离导引段仿真建模 360
6.4.1 C-W制导模型 361
6.4.2 近距离导引安全指标 366
6.5 平移靠拢段仿真建模 376
6.5.1 安全性约束模型 377
6.5.2 平移靠拢段制导模型 388
6.5.3 平移靠拢段控制策略 391
6.5.4 手控交会操作 397
参考文献 405
第7章 载人深空探测仿真建模 409
7.1 载人深空探测任务概述 409
7.1.1 载人深空探测的作用和意义 410
7.1.2 载人深空探测的目的地选择 411
7.1.3 载人深空探测面临的挑战 415
7.2 圆形限制性三体问题 418
7.2.1 动力学方程 419
7.2.2 平动点 420
7.2.3 零速度面 422
7.2.4 平动点附近的运动 425
7.3 载人登月任务仿真建模 428
7.3.1 载人登月任务总体方案 428
7.3.2 载人登月转移轨道仿真模型 438
7.3.3 动力下降与应急上升仿真模型 448
7.4 载人火星探测仿真建模 457
7.4.1 载人火星探测任务总体方案 457
7.4.2 载人火星探测转移轨道仿真模型 461
7.4.3 气动捕获动力学仿真模型 472
7.4.4 火星进入仿真模型 476
参考文献 489
第3部分 载人航天系统仿真 495
第8章 逃逸与应急救生仿真系统设计与应用 495
8.1 逃逸救生仿真系统 495
8.1.1 系统仿真需求 495
8.1.2 仿真系统架构与组成 497
8.1.3 仿真运行模式与流程 503
8.1.4 仿真系统运行示例 506
8.2 应急救生仿真系统 510
8.2.1 系统仿真需求 510
8.2.2 仿真系统架构与组成 512
8.2.3 仿真运行模式与流程 516
8.2.4 仿真系统运行示例 518
参考文献 523
第9章 交会对接仿真系统设计与应用 524
9.1 交会对接飞行任务仿真与规划系统 524
9.1.1 系统仿真需求 524
9.1.2 仿真系统架构与组成 526
9.1.3 仿真运行数据流 531
9.1.4 仿真系统应用 532
9.2 交会对接全系统联合仿真系统 541
9.2.1 系统仿真需求 541
9.2.2 仿真系统架构与组成 544
9.2.3 仿真运行模式 548
9.2.4 仿真系统应用 551
9.3 遥操作交会仿真系统 556
9.3.1 系统仿真需求 556
9.3.2 仿真系统架构与组成 558
9.3.3 仿真信息接口与数据流 567
9.3.4 人在回路仿真试验 568
9.3.5 遥操作操纵性能评价 574
参考文献 581
第10章 载人深空探测仿真系统设计与应用 582
10.1 载人登月任务仿真系统设计 582
10.1.1 系统仿真需求 582
10.1.2 仿真系统架构与组成 584
10.1.3 仿真运行流程 591
10.1.4 仿真系统应用 592
10.2 火星进入仿真系统设计 602
10.2.1 系统仿真需求 602
10.2.2 仿真系统架构与组成 603
10.2.3 仿真运行流程 609
10.2.4 仿真系统应用 611
参考文献 617