航天器動(dòng)力學(xué)與控制

第 1章緒論001
1．1航天器類(lèi)型002
1．1．1近地軌道衛(wèi)星003
1．1．2月球及深空探測(cè)器004
1．1．3載人航天器005
1．1．4臨近空間飛行器007
1．2航天器控制內(nèi)涵009
1．2．1軌道運(yùn)動(dòng)009
1．2．2軌道確定010
1．2．3軌道控制010
1．2．4姿態(tài)運(yùn)動(dòng)011
1．2．5姿態(tài)確定012
1．2．6姿態(tài)控制012
1．2．7制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制013
參考文獻(xiàn)016
第　2章航天器控制系統(tǒng)017
2．1引言018
2．2姿態(tài)測(cè)量敏感器022
2．2．1紅外地球敏感器022
2．2．2太陽(yáng)敏感器025
2．2．3紫外敏感器029
2．2．4星敏感器031
2．2．5陀螺035
2．2．6磁強(qiáng)計(jì)040
2．3絕對(duì)導(dǎo)航敏感器042
2．3．1慣性測(cè)量單元042
2．3．2衛(wèi)星導(dǎo)航敏感器046
2．3．3光學(xué)導(dǎo)航敏感器046
2．3．4脈沖星導(dǎo)航敏感器047
2．4相對(duì)導(dǎo)航敏感器052
2．4．1微波雷達(dá)052
2．4．2激光雷達(dá)054
2．4．3光學(xué)成像敏感器055
2．4．4差分衛(wèi)星導(dǎo)航敏感器057
2．5執(zhí)行機(jī)構(gòu)060
2．5．1飛輪060
2．5．2控制力矩陀螺062
2．5．3磁力矩器064
2．6驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)066
2．6．1太陽(yáng)電池陣驅(qū)動(dòng)裝置066
2．6．2天線(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置068
2．6．3推力矢量調(diào)節(jié)裝置069
2．7推力器071
2．7．1推力器構(gòu)成與特點(diǎn)071
2．7．2推力器主要技術(shù)指標(biāo)072
2．7．3推力器的分類(lèi)076
2．8星載計(jì)算機(jī)078
2．8．1星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成078
2．8．2星載計(jì)算機(jī)容錯(cuò)體系結(jié)構(gòu)081
2．8．3星載計(jì)算機(jī)的發(fā)展083
參考文獻(xiàn)085
第3章航天器軌道與軌道動(dòng)力學(xué)087
3．1引言088
3．2時(shí)間系統(tǒng)和參考系089
3．2．1時(shí)間系統(tǒng)089
3．2．2坐標(biāo)系092
3．2．3坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系094
3．3二體問(wèn)題和三體問(wèn)題097
3．3．1二體問(wèn)題概述097
3．3．2二體軌道運(yùn)動(dòng)常數(shù)098
3．3．3二體軌道幾何方程100
3．3．4二體軌道幾何性質(zhì)102
3．3．5圓型限制性三體問(wèn)題104
3．3．6平動(dòng)點(diǎn)106
3．4航天器軌道特性108
3．4．1軌道參數(shù)及轉(zhuǎn)換108
3．4．2星下點(diǎn)軌跡111
3．4．3發(fā)射窗口112
3．4．4地球同步軌道114
3．4．5太陽(yáng)同步軌道114
3．4．6臨界和凍結(jié)軌道116
3．4．7回歸軌道117
3．4．8返回軌道117
3．4．9平動(dòng)點(diǎn)軌道120
3．5軌道攝動(dòng)方程及求解方法130
3．5．1密切軌道130
3．5．2Lagrange攝動(dòng)方程131
3．5．3Gauss攝動(dòng)方程132
3．5．4數(shù)值積分法133
3．5．5攝動(dòng)法134
3．6軌道攝動(dòng)源137
3．6．1地球非球形引力攝動(dòng)137
3．6．2地球大氣阻力攝動(dòng)140
3．6．3日月引力攝動(dòng)140
3．6．4太陽(yáng)光壓攝動(dòng)141
3．6．5月球非球形引力攝動(dòng)142
3．6．6火星非球形引力攝動(dòng)143
3．6．7火星大氣阻力攝動(dòng)143
3．7航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)145
3．7．1坐標(biāo)系定義145
3．7．2相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程146
3．8動(dòng)力學(xué)定軌150
3．8．1初軌確定150
3．8．2精密定軌152
參考文獻(xiàn)158
第4章軌道控制159
4．1引言160
4．2軌道控制基礎(chǔ)161
4．2．1軌道控制方程161
4．2．2脈沖式推力控制163
4．2．3有限推力控制165
4．2．4最優(yōu)軌道控制問(wèn)題166
4．3近地軌道航天器軌道控制167
4．3．1低軌航天器攝動(dòng)分析及軌道保持167
4．3．2高軌航天器攝動(dòng)分析及軌道保持176
4．3．3高軌航天器軌道轉(zhuǎn)移194
4．4月球探測(cè)返回軌道控制199
4．4．1月球探測(cè)軌道動(dòng)力學(xué)模型199
4．4．2月地返回軌道初步設(shè)計(jì)202
4．4．3月地返回軌道精確設(shè)計(jì)217
4．4．4月地轉(zhuǎn)移脈沖推力軌道控制223
4．5平動(dòng)點(diǎn)軌道控制226
4．5．1目標(biāo)軌道設(shè)計(jì)226
4．5．2平動(dòng)點(diǎn)軌道保持234
4．6無(wú)拖曳控制239
4．6．1線(xiàn)性化解耦控制模型240
4．6．2無(wú)拖曳控制工作模式241
4．6．3加速度計(jì)模式下的航天器無(wú)拖曳控制242
參考文獻(xiàn)253
第5章航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)256
5．1引言257
5．2姿態(tài)及姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)258
5．2．1姿態(tài)描述258
5．2．2姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)262
5．3姿態(tài)動(dòng)力學(xué)265
5．3．1剛體航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)265
5．3．2撓性航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)267
5．3．3充液航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)271
5．3．4多體航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)278
5．4空間環(huán)境干擾力矩293
5．4．1重力梯度力矩293
5．4．2太陽(yáng)輻射力矩294
5．4．3氣動(dòng)力矩295
5．4．4地磁力矩297
參考文獻(xiàn)299
第6章航天器姿態(tài)確定300
6．1引言301
6．2姿態(tài)敏感器誤差建模302
6．2．1陀螺隨機(jī)誤差建模302
6．2．2星敏感器測(cè)量誤差建模311
6．3幾何姿態(tài)確定方法314
6．3．1自旋衛(wèi)星姿態(tài)確定314
6．3．2三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)確定318
6．3．2姿態(tài)異常下自旋角速度確定323
6．4狀態(tài)估計(jì)姿態(tài)確定332
6．4．1自旋衛(wèi)星姿態(tài)確定332
6．4．2基于太陽(yáng)-地球測(cè)量的三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)確定334
6．4．3基于星敏感器測(cè)量的三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)確定338
6．5姿態(tài)敏感器相對(duì)誤差標(biāo)定345
6．5．1星敏感器間相對(duì)基準(zhǔn)標(biāo)定346
6．5．2陀螺誤差標(biāo)定355
6．6地面事后高精度姿態(tài)標(biāo)校361
6．6．1陀螺常值漂移關(guān)系式361
6．6．2考慮低頻誤差時(shí)的陀螺等效常漂363
6．6．3陀螺等效常漂及星體角速度獲取364
6．6．4基于等效陀螺常值漂移的姿態(tài)校準(zhǔn)方法366
6．6．5仿真驗(yàn)證369
6．7對(duì)地成像要求的偏流角確定374
6．7．1成像坐標(biāo)系374
6．7．2偏流角確定376
參考文獻(xiàn)380
第7章航天器姿態(tài)控制382
7．1引言383
7．2基于推力器的姿態(tài)控制384
7．2．1自旋衛(wèi)星噴氣姿態(tài)控制384
7．2．2三軸穩(wěn)定衛(wèi)星噴氣姿態(tài)控制390
7．3基于角動(dòng)量管理裝置的姿態(tài)控制398
7．3．1偏置動(dòng)量航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制398
7．3．2零動(dòng)量航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制409
7．3．3姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制415
7．4角動(dòng)量管理裝置操縱策略440
7．4．1飛輪操縱策略440
7．4．2控制力矩陀螺操縱策略457
7．4．3混合執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱策略486
7．5充液航天器控制494
7．5．1控制模型494
7．5．2姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)495
7．6多體航天器姿態(tài)控制500
7．6．1具有運(yùn)動(dòng)天線(xiàn)的姿態(tài)復(fù)合控制500
7．6．2組合體姿態(tài)復(fù)合控制510
參考文獻(xiàn)513
第8章航天器自主導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制516
8．1引言517
8．2絕對(duì)自主導(dǎo)航518
8．2．1捷聯(lián)慣性與GPS組合導(dǎo)航518
8．2．2基于姿態(tài)敏感器的自主導(dǎo)航521
8．2．3基于脈沖星的自主導(dǎo)航524
8．2．4基于星間測(cè)量的星座自主導(dǎo)航527
8．3相對(duì)自主導(dǎo)航532
8．3．1相對(duì)狀態(tài)估計(jì)532
8．3．2自主定軌與相對(duì)狀態(tài)估計(jì)538
8．4交會(huì)對(duì)接制導(dǎo)與控制541
8．4．1飛行階段與任務(wù)要求541
8．4．2交會(huì)對(duì)接制導(dǎo)543
8．4．3交會(huì)對(duì)接控制546
8．5返回再入制導(dǎo)與控制551
8．5．1彈道式返回再入551
8．5．2彈道升力式返回再入552
8．5．3升力式返回再入554
8．5．4返回再入制導(dǎo)555
8．6地外天體軟著陸制導(dǎo)與控制560
8．6．1月球軟著陸560
8．6．2火星軟著陸566
8．6．3小行星軟著陸569
8．7星際飛行的制導(dǎo)與控制573
8．7．1星際飛行的基本概念573
8．7．2星際飛行的軌道轉(zhuǎn)移576
8．7．3星際飛行的制導(dǎo)與控制578
參考文獻(xiàn)580
索引583