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第1章 绪论1

1．1 交会对接任务概述1

1．1．1 交会对接的基本概念1

1．1．2 交会对接技术分类2

1．1．3 交会对接的飞行阶段和飞行程序6

1．2 交会对接技术发展历史8

1．2．1 交会对接技术的诞生8

1．2．2 交会对接技术的成熟应用18

1．2．3 交会对接技术的新发展28

1．3 交会对接技术发展趋势45

1．4 本书的主要内容46

第2章 空间交会的动力学基础48

2．1 引言48

2．2 坐标系统与运动学描述48

2．2．1 空间坐标系48

2．2．2 飞行器运动状态描述55

2．3 飞行器轨道动力学模型60

2．3．1 轨道摄动动力学模型60

2．3．2 主要摄动项60

2．4 飞行器姿态动力学模型62

2．4．1 姿态描述62

2．4．2 姿态运动学方程69

2．4．3 姿态动力学方程70

2．4．4 空间环境力矩72

2．5 相对动力学模型76

2．5．1 一般条件下的相对动力学模型76

2．5．2 圆参考轨道下的相对动力学模型78

2．5．3 圆参考轨道下的相对动力学特性分析81

2．5．4 近圆轨道相对运动89

2．5．5 绝对运动与近圆相对运动的关系95

2．6 轨道机动98

2．6．1 单冲量对相对运动的影响98

2．6．2 多冲量变轨问题概述109

2．7 小结114

第3章 目标器轨道与交会发射窗口115

3．1 引言115

3．2 目标飞行器轨道115

3．2．1 目标飞行器的轨道选择115

3．2．2 目标飞行器的轨道调整和轨道维持118

3．3 交会对接发射窗口问题124

3．3．1 发射窗口总体分析125

3．3．2 平面窗口分析计算127

3．3．3 相位窗口分析计算130

3．3．4 发射窗口求解133

3．4 发射窗口的几个相关问题134

3．4．1 异面变轨能量估算134

3．4．2 发射窗口的高阶修正136

3．4．3 发射场部署策略141

3．5 考虑工程约束的窗口计算145

3．5．1 相关模型145

3．5．2 发射窗口设计中的工程约束156

3．5．3 发射窗口示例与分析161

3．6 小结178

第4章 远距离导引段179

4．1 引言179

4．2 远距离导引段轨道问题研究现状180

4．2．1 理论研究180

4．2．2 工程实际研究183

4．2．3 变轨任务规划模型186

4．3 远距离导引段的变轨策略189

4．3．1 远距离导引段工程约束189

4．3．2 特殊点变轨191

4．3．3 综合变轨197

4．3．4 修正特殊点变轨204

4．4 变轨任务实时规划207

4．4．1 主要误差因素及误差影响敏感度分析208

4．4．2 实时规划问题及应用过程216

4．4．3 实时规划策略217

4．4．4 仿真算例220

4．5 变轨故障后轨道重构规划223

4．5．1 交会变轨故障及故障后轨道类型223

4．5．2 故障后轨道重构方案设计224

4．5．3 轨道重构规划求解策略226

4．5．4 仿真算例229

4．6 小结231

第5章 近距离导引段232

5．1 引言232

5．2 近距离导引段交会技术概述232

5．2．1 近距离导引段的控制目标232

5．2．2 近距离导引段轨道动力学模型与控制232

5．2．3 近距离导引段段偏差分析234

5．2．4 近距离导引段故障对策235

5．3 C-W制导方法及其改进236

5．3．1 C-W方程制导误差分析236

5．3．2 C-W制导修正算法246

5．3．3 基于高精度轨道模型的近距离导引段控制249

5．3．4 基于非线性相对运动的制导方法253

5．4 Lambert制导方法262

5．4．1 Lambert普适变量算法262

5．4．2 Lambert修正制导算法264

5．4．3 寻的段Lambert三脉冲制导分析265

5．4．4 寻的段Lambert四脉冲制导分析269

5．4．5 接近段二脉冲制导控制272

5．5 偏差情况下的飞行方案仿真研究274

5．5．1 近距离导引段段偏差分析的基本方法275

5．5．2 典型设备的误差敏感度分析277

5．5．3 正常飞行方案综合误差仿真分析283

5．6 近距离导引段的轨迹安全分析288

5．6．1 轨迹安全分析的一般方法288

5．6．2 被动轨迹安全分析296

5．6．3 近距离导引段的避撞机动301

5．7 故障情况下的飞行方案研究304

5．7．1 近距离导引段故障分类及其约束条件304

5．7．2 标称方案设计306

5．7．3 变轨机动故障对策306

5．7．4 仿真算例309

5．8 小结316

第6章 最后逼近段317

6．1 引言317

6．2 绕飞段与停泊点的设置317

6．2．1 停泊点的设置317

6．2．2 －V-Bar自主交会方案319

6．2．3 ＋R-Bar自主交会方案319

6．2．4 ＋v-Bar自主交会方案322

6．3 基于运动学关系的交会控制模型323

6．3．1 走廊式（水平）交会323

6．3．2 视线导引平行交会324

6．3．3 相平面控制327

6．3．4 人工控制对接329

6．4 平移靠拢段的视线控制策略330

6．4．1 平移靠拢段的控制目标和约束330

6．4．2 横向控制策略331

6．4．3 纵向控制策略331

6．4．4 悬停控制策略332

6．4．5 算例333

6．5 被动安全逼近速度分析335

6．5．1 长方体禁区335

6．5．2 球形禁区341

6．5．3 锥形禁区343

6．6 安全约束下的最优轨迹设计346

6．6．1 线性系统最优轨迹设计的线性规划解346

6．6．2 最后逼近段的最优轨迹设计347

6．6．3 轨迹安全约束348

6．6．4 算例349

6．7 最后逼近段的紧急避撞机动350

6．7．1 紧急避撞机动的启动条件350

6．7．2 紧急避撞机动的设计原则351

6．7．3 紧急避撞机动方案分析352

6．7．4 算例356

6．8 小结356

第7章 对接动力学建模与分析358

7．1 引言358

7．2 对接机构发展概述358

7．3 对接过程的变拓扑系统动力学描述361

7．3．1 变拓扑问题的一般表述362

7．3．2 变约束形式的变拓扑描述366

7．3．3 其他类型的描述367

7．3．4 变拓扑系统的模型368

7．4 空间对接过程中的接触点检测373

7．4．1 坐标系定义374

7．4．2 接触点类型及判断375

7．4．3 检测算法仿真算例382

7．5 对接动力学数学模型385

7．5．1 建模假设385

7．5．2 刚体的牛顿-欧拉动力学方程385

7．a．3 对接各阶段动力学方程386

7．5．4 捕获段模型的求解策略391

7．6 对接动力学仿真393

7．6．1 仿真模型参数设置393

7．6．2 对接过程的仿真流程394

7．6．3 基于ADAMS软件的对接动力学仿真396

7．6．4 仿真算例397

7．6．5 基于仿真的分析412

7．7 小结416

第8章 撤离段417

8．1 引言417

8．2 撤离过程与约束418

8．2．1 撤离过程418

8．2．2 约束条件420

8．3 撤离制导控制策略424

8．3．1 径向与切向冲量方案424

8．3．2 C-W斜滑撤离制导控制425

8．3．3 基于视线角、安全距离约束的C-W撤离制导控制427

8．3．4 视线角的解析求解430

8．3．5 算例分析432

8．4 撤离安全轨迹设计440

8．4．1 安全轨迹概念441

8．4．2 撤离轨迹及被动安全的一般分析442

8．4．3 两种撤离方案的安全性分析446

8．5 小结451

参考文献452