第1章 绪论 1
1.1 航天器编队飞行特点与应用方向 1
1.1.1 航天器的集群化发展趋势 1
1.1.2 航天器编队飞行的特点 2
1.1.3 航天器编队飞行的应用方向 3
1.2 航天器编队飞行的技术基础与概念拓展 4
1.2.1 航天器编队飞行的动力学与控制基础 4
1.2.2 航天器编队飞行的概念拓展 6
1.3 本书内容安排 7
参考文献 8
第2章 航天器编队飞行的动力学方程 10
2.1 Clohessy-Wiltshire方程 10
2.1.1 相对运动动力学方程的建立基础 10
2.1.2 相对运动动力学方程的建立 11
2.1.3 相对运动动力学方程的简化 13
2.1.4 C-W方程的解集分析 14
2.1.5 基于C-W方程的构形设计方法 16
2.1.6 C-W方程的误差分析 19
2.2 Lawden与Tschauner-Hempel方程 20
2.2.1 T-H方程的推导 21
2.2.2 Lawden的推导与分析 23
2.2.3 Lawden方程的求解 24
2.2.4 Lawden方程解的周期性条件 25
参考文献 27
第3章 近圆轨道航天器编队构形设计与摄动分析 28
3.1 相对运动与构形设计 28
3.1.1 变量定义与前提条件 28
3.1.2 运动学方程的建立 29
3.1.3 运动学方程的一阶近似 29
3.1.4 用轨道根数表达相对运动 30
3.1.5 近圆轨道编队构形的设计步骤 32
3.2 编队构形稳定性分析 32
3.2.1 编队构形稳定性仿真分析 32
3.2.2 编队构形破坏机理分析 36
3.3 三轴振动同步的构形设计方法 38
3.3.1 三轴振动同步的条件 38
3.3.2 基于三轴振动同步的编队构形设计步骤 39
3.3.3 三轴振动同步的构形仿真 39
3.4 J2摄动作用下编队构形的表达 42
3.4.1 构形表达式的重新推导 42
3.4.2 J2摄动作用下编队构形表达式 43
3.4.3 仿真结果分析 48
参考文献 49
第4章 椭圆轨道航天器编队的相对运动分析与构形设计 51
4.1 椭圆轨道的相对运动表达与摄动分析 51
4.1.1 椭圆轨道编队相对运动的真近点角表达形式 51
4.1.2 椭圆轨道编队相对运动的平近点角表达形式 53
4.1.3 摄动分析以及考虑摄动的编队设计 55
4.1.4 椭圆轨道相对运动的仿真分析 58
4.2 椭圆轨道的编队构形设计 60
4.2.1 椭圆轨道相对运动的基本轨迹 60
4.2.2 椭圆轨道相对运动轨迹的特性分析 65
4.2.3 椭圆轨道相对运动构形设计 68
4.3 椭圆轨道编队飞行的应用简介 76
4.3.1 椭圆轨道编队飞行试验计划 76
4.3.2 地磁场测量的任务阶段 77
4.3.3 椭圆轨道编队飞行的优势 78
参考文献 78
第5章 基于GNSS的相对运动测量原理 80
5.1 GNSS相对测量原理与应用 80
5.1.1 GNSS相对测量原理 80
5.1.2 GNSS在卫星相对测量中的工程应用 84
5.2 相对运动测量中的滤波技术 85
5.2.1 EKF滤波 85
5.2.2 UKF滤波 87
参考文献 91
第6章 基于多冲量的相对运动构形控制方法 92
6.1 编队构形的冲量捕获策略 92
6.1.1 相对运动与冲量的关系 92
6.1.2 简单多冲量与构形生成 95
6.1.3 编队捕获策略与仿真 98
6.2 构形重构的冲量控制策略 101
6.2.1 推力模式的能控性分析 101
6.2.2 相对运动构形的多冲量控制 102
6.2.3 基于简单四冲量的构形重构仿真 105
6.3 基于多冲量的构形保持控制方法 107
6.3.1 长期伴飞保持控制思路 108
6.3.2 基于相对运动测量的构形确定方法 109
6.3.3 基于多冲量的构形保持控制仿真 110
6.4 不同发动机推力模型的构形控制效果分析 113
6.4.1 三种推力模型 113
6.4.2 相对运动状态转移矩阵 114
6.4.3 基于不同推力模型的构形控制效果 115
6.4.4 连续变化小推力模型的工程实现方法 118
参考文献 120
第7章 InSAR航天器编队的设计与控制 122
7.1 InSAR航天器编队的优化设计 122
7.1.1 主星带伴随编队模式的InSAR系统概念 122
7.1.2 面向DEMs测量的主星带伴随编队InSAR系统约束分析 124
7.1.3 主星带伴随编队InSAR系统优化设计 131
7.2 InSAR航天器编队的协同控制 137
7.2.1 SAR卫星的多普勒频移与偏航导引补偿 137
7.2.2 InSAR编队的协同控制问题与解决思路 140
7.2.3 协同规划与控制方法 141
7.2.4 构形与姿态协同控制仿真 144
参考文献 148
第8章 平动点轨道航天器编队飞行 150
8.1 DARWIN与TPF计划 150
8.1.1 DARWIN计划 150
8.1.2 TPF计划 151
8.2 三体轨道概念简介 153
8.2.1 限制性三体轨道动力学 153
8.2.2 雅可比积分与力场特性 154
8.2.3 平动点概念 156
8.2.4 平动点附近的周期轨道 157
8.3 平动点轨道编队构形的设计与控制 164
8.3.1 平动点轨道编队飞行的动力学模型 164
8.3.2 基于Floquet模态的平动点轨道编队构形设计 170
8.3.3 基于Floquet模态的平动点轨道编队构形控制 177
参考文献 185
第9章 绳系卫星系统 187
9.1 绳系卫星的研究概况 187
9.1.1 概念起源 187
9.1.2 工程实践 188
9.2 非导电绳系卫星的动力学 190
9.2.1 重力梯度效应 190
9.2.2 动量交换原理 192
9.2.3 绳系系统的动力学建模 194
9.3 导电绳系卫星的电动力学 196
9.3.1 电动作用原理 196
9.3.2 电子发射与电流采集技术 197
9.4 面向应用的绳系系统设计 201
9.4.1 系统概念与发展 201
9.4.2 系统结构与组成 202
9.4.3 系统的空间操作 209
9.5 光子绳系编队飞行的概念 211
9.5.1 光子绳系编队的原理 212
9.5.2 光子绳系编队的结构与组成 213
9.5.3 光子推进和绳系编队的应用设想 217
参考文献 218
第10章 电磁力编队飞行 222
10.1 电磁力编队飞行的基本原理 222
10.1.1 电磁力编队飞行的基本概念与优势 222
10.1.2 电磁力编队飞行的未来应用设想 223
10.2 电磁力编队飞行的动力学建模 225
10.2.1 电磁力／力矩 225
10.2.2 环路电流的磁场 225
10.2.3 电磁力编队飞行的数学建模 231
10.3 电磁力编队的关键技术问题 232
10.3.1 高温超导技术 232
10.3.2 电磁系统总体与实验设计技术 234
10.3.3 电磁力／力矩计算与测量技术 237
10.3.4 非线性控制技术 237
参考文献 238
第11章 库仑力编队飞行 239
11.1 库仑力编队的基本原理 239
11.1.1 航天器的空间充电现象 239
11.1.2 库仑力形成的物理机理 241
11.1.3 Debye效应与静电力的计算 243
11.2 库仑力编队的动力学建模与虚拟结构 245
11.2.1 库仑力编队的Hill方程 245
11.2.2 库仑编队静态稳定构形 246
11.2.3 库仑力的虚拟空间结构 250
11.3 库仑力编队的新进展 253
11.3.1 平动点库仑力编队 253
11.3.2 库仑绳系编队 254
参考文献 256
第12章 洛伦兹力编队飞行 258
12.1 洛伦兹力航天器的基本概念 258
12.1.1 带电物体在磁场中受到的洛伦兹力 258
12.1.2 洛伦兹力航天器系统结构设想 258
12.1.3 洛伦兹力在两类典型地心轨道上的应用 259
12.1.4 简单构形重构仿真分析 261
12.2 洛伦兹力航天器编队的动力学方程与分析 265
12.2.1 考虑洛伦兹力的相对运动方程 265
12.2.2 圆参考轨道线性方程的运动稳定性分析 266
12.2.3 基于线性方程的可控性分析 266
12.3 库仑力-洛伦兹力航天器编队飞行介绍 269
12.3.1 洛伦兹力与库仑力的比较分析 269
12.3.2 库仑力-洛伦兹力航天器编队概念 271
12.4 洛伦兹力的扩展应用 274
12.4.1 洛伦兹力作用下的拉格朗日行星运动方程 274
12.4.2 利用洛伦兹力增强引力辅助变轨技术 276
参考文献 279