飛行動力學與控制：航天器編隊飛行導論

第1章 緒論
1.1 航天器編隊飛行特點與應用方向
1.1.1 航天器的集群化發(fā)展趨勢
1.1.2 航天器編隊飛行的特點
1.1.3 航天器編隊飛行的應用方向
1.2 航天器編隊飛行的技術(shù)基礎(chǔ)與概念拓展
1.2.1 航天器編隊飛行的動力學與控制基礎(chǔ)
1.2.2 航天器編隊飛行的概念拓展
1.3 本書內(nèi)容安排
參考文獻
第2章 航天器編隊飛行的動力學方程
2.1 Clohessy-wiltshire方程
2.1.1 相對運動動力學方程的建立基礎(chǔ)
2.1.2 相對運動動力學方程的建立
2.1.3 相對運動動力學方程的簡化
2.1.4 C-W方程的解集分析
2.1.5 基于C-W方程的構(gòu)形設(shè)計方法
2.1.6 C-W方程的誤差分析
2.2 Lawden與Tschauner-Hempel方程
2.2.1 T-H方程的推導
2.2.2 Lwden的推導與分析
2.2.3 Lawden方程的求解
2.2.4 Lawden方程解的周期性條件
參考文獻
第3章 近圓軌道航天器編隊構(gòu)形設(shè)計與攝動分析
3.1 相對運動與構(gòu)形設(shè)計
3.1.1 變量定義與前提條件
3.1.2 運動學方程的建立
3.1.3 運動學方程的一階近似
3.1.4 用軌道根數(shù)表達相對運動
3.1.5 近圓軌道編隊構(gòu)形的設(shè)計步驟
3.2 編隊構(gòu)形穩(wěn)定性分析
3.2.1 編隊構(gòu)形穩(wěn)定性仿真分析
3.2.2 編隊構(gòu)形破壞機理分析
3.3 三軸振動同步的構(gòu)形設(shè)計方法
3.3.1 三軸振動同步的條件
3.3.2 基于三軸振動同步的編隊構(gòu)形設(shè)計步驟
3.3.3 三軸振動同步的構(gòu)形仿真
3.4 J2攝動作用下編隊構(gòu)形的表達
3.4.1 構(gòu)形表達式的重新推導
3.4.2 人攝動作用下編隊構(gòu)形表達式
3.4.3 仿真結(jié)果分析
參考文獻
第4章 橢圓軌道航天器編隊的相對運動分析與構(gòu)形設(shè)計
4.1 橢圓軌道的相對運動表達與攝動分析
4.1.1 橢圓軌道編隊相對運動的真近點角表達形式
4.1.2 橢圓軌道編隊相對運動的平近點角表達形式
4.1.3 攝動分析以及考慮攝動的編隊設(shè)計
4.1.4 橢圓軌道相對運動的仿真分析
4.2 橢圓軌道的編隊構(gòu)形設(shè)計
4.2.1 橢圓軌道相對運動的基本軌跡
4.2.2 橢圓軌道相對運動軌跡的特性分析
4.2.3 橢圓軌道相對運動構(gòu)形設(shè)計
4.3 橢圓軌道編隊飛行的應用簡介
4.3.1 橢圓軌道編隊飛行試驗計劃
4.3.2 地磁場測量的任務階段
4.3.3 橢圓軌道編隊飛行的優(yōu)勢
參考文獻
第5章 基于GNSS的相對運動測量原理
5.1 GNSS相對測量原理與應用
5.1.1 GNSS相對測量原理
5.1.2 GNSS在衛(wèi)星相對測量中的工程應用
5.2 相對運動測量中的濾波技術(shù)
5.2.1 EKF濾波
5.2.2 UKF濾波
參考文獻
第6章 基于多沖量的相對運動構(gòu)形控制方法
6.1 編隊構(gòu)形的沖量捕獲策略
6.1.1 相對運動與沖量的關(guān)系
6.1.2 簡單多沖量與構(gòu)形生成
6.1.3 編隊捕獲策略與仿真
6.2 構(gòu)形重構(gòu)的沖量控制策略
6.2.1 推力模式的能控性分析
6.2.2 相對運動構(gòu)形的多沖量控制
6.2.3 基于簡單四沖量的構(gòu)形重構(gòu)仿真
6.3 基于多沖量的構(gòu)形保持控制方法
6.3.1 長期伴飛保持控制思路
6.3.2 基于相對運動測量的構(gòu)形確定方法
6.3.3 基于多沖量的構(gòu)形保持控制仿真
6.4 不同發(fā)動機推力模型的構(gòu)形控制效果分析
6.4.1 三種推力模型
6.4.2 相對運動狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
6.4.3 基于不同推力模型的構(gòu)形控制效果
6.4.4 連續(xù)變化小推力模型的工程實現(xiàn)方法
參考文獻
第7章 InsAR航天器編隊的設(shè)計與控制
7.1 InSAR航天器編隊的優(yōu)化設(shè)計
7.1.1 主星帶伴隨編隊模式的InSAR系統(tǒng)概念
7.1.2 面向SEMs測量的主星帶伴隨編隊InSAR系統(tǒng)約束分析
7.1.3 主星帶伴隨編隊InSAR系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
7.2 InSAR航天器編隊的協(xié)同控制
7.2.l SAR衛(wèi)星的多普勒頻移與偏航導引補償
7.2.2 InSAR編隊的協(xié)同控制問題與解決思路
7.2.3 協(xié)同規(guī)劃與控制方法
7.2.4 構(gòu)形與姿態(tài)協(xié)同控制仿真
參考文獻
第8章 平動點軌道航天器編隊飛行
8.1 DARWIN與TPF計劃
8.1.1 DARwIN計劃
8.1.2 TPF計劃
8.2 三體軌道概念簡介
8.2.1 限制性三體軌道動力學
8.2.2 雅可比積分與力場特性
8.2.3 平動點概念
8.2.4 平動點附近的周期軌道
8.3 平動點軌道編隊構(gòu)形的設(shè)計與控制
8.3.1 平動點軌道編隊飛行的動力學模型
8.3.2 基于Floquct模態(tài)的平動點軌道編隊構(gòu)形設(shè)計
8.3.3 基于noquct模態(tài)的平動點軌道編隊構(gòu)形控制
參考文獻
第9章 繩系衛(wèi)星系統(tǒng)
9.1 繩系衛(wèi)星的研究概況
9.1.1 概念起源
9.1.2 工程實踐
9.2 非導電繩系衛(wèi)星的動力學
9.2.1 重力梯度效應
9.2.2 動量交換原理
9.2.3 繩系系統(tǒng)的動力學建模
9.3 導電繩系衛(wèi)星的電動力學
9.3.1 電動作用原理
9.3.2 電子發(fā)射與電流采集技術(shù)
9.4 面向應用的繩系系統(tǒng)設(shè)計
9.4.1 系統(tǒng)概念與發(fā)展
9.4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成
9.4.3 系統(tǒng)的空間操作
9.5 光子繩系編隊飛行的概念
9.5.1 光子繩系編隊的原理
9.5.2 光子繩系編隊的結(jié)構(gòu)與組成
9.5.3 光子推進和繩系編隊的應用設(shè)想
參考文獻
第10章 電磁力編隊飛行
10.1 電磁力編隊飛行的基本原理
10.1.1 電磁力編隊飛行的基本概念與優(yōu)勢
10.1.2 電磁力編隊飛行的未來應用設(shè)想
10.2 電磁力編隊飛行的動力學建模
10.2.1 電磁力／力矩
10.2.2 環(huán)路電流的磁場
10.2.3 電磁力編隊飛行的數(shù)學建模
10.3 電磁力編隊的關(guān)鍵技術(shù)問題
10.3.1 高溫超導技術(shù)
10.3.2 電磁系統(tǒng)總體與實驗設(shè)計技術(shù)
10.3.3 電磁力／力矩計算與測量技術(shù)
10.3.4 非線性控制技術(shù)
參考文獻
第11章 庫侖力編隊飛行
11.1 庫侖力編隊的基本原理
11.1.1 航天器的空間充電現(xiàn)象
11.1.2 庫侖力形成的物理機理
11.1.3 Debyc效應與靜電力的計算
11.2 庫侖力編隊的動力學建模與虛擬結(jié)構(gòu)
11.2.1 庫侖力編隊的Hill方程
11.2.2 庫侖編隊靜態(tài)穩(wěn)定構(gòu)形
11.2.3 庫侖力的虛擬空間結(jié)構(gòu)
11.3 庫侖力編隊的新進展
11.3.1 平動點庫侖力編隊
11.3.2 庫侖繩系編隊
參考文獻
第12章 洛倫茲力編隊飛行
12.1 洛倫茲力航天器的基本概念
12.1.1 帶電物體在磁場中受到的洛倫茲力
12.1.2 洛倫茲力航天器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)想
12.1.3 洛倫茲力在兩類典型地心軌道上的應用
12.1.4 簡單構(gòu)形重構(gòu)仿真分析
12.2 洛倫茲力航天器編隊的動力學方程與分析
12.2.1 考慮洛倫茲力的相對運動方程
12.2.2 圓參考軌道線性方程的運動穩(wěn)定性分析
12.2.3 基于線性方程的可控性分析
12.3 庫侖力-洛倫茲力航天器編隊飛行介紹
12.3.1 洛倫茲力與庫侖力的比較分析
12.3.2 庫侖力-洛倫茲力航天器編隊概念
12.4 洛倫茲力的擴展應用
12.4.1 洛倫茲力作用下的拉格朗日行星運動方程
12.4.2 利用洛倫茲力增強引力輔助變軌技術(shù)
參考文獻