航天器編隊(duì)飛行是20世紀(jì)90年代中后期隨著小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的、研究多航天器臨近飛行并協(xié)同工作的一門(mén)新技術(shù),是一種代表未來(lái)航天器發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。
孟云鶴編著的這本《航天器編隊(duì)飛行導(dǎo)論》主要內(nèi)容分為基礎(chǔ)篇與前沿篇。基礎(chǔ)篇以運(yùn)行于二體軌道且相互間不存在力作用的航天器編隊(duì)為對(duì)象,介紹編隊(duì)飛行的動(dòng)力學(xué)方程、構(gòu)形設(shè)計(jì)方法與攝動(dòng)分析、相對(duì)測(cè)量原理、多沖量的相對(duì)運(yùn)動(dòng)控制方法,以及應(yīng)用于InSAR系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與協(xié)同控制方法;前沿篇介紹一些“拓展的”編隊(duì)概念,如限制性三體軌道區(qū)域的航天器編隊(duì)、航天器間相互存在力作用的航天器編隊(duì)(包括繩系衛(wèi)星、電磁力編隊(duì)、庫(kù)侖力編隊(duì)等)、環(huán)境作用力形成的編隊(duì)(如洛倫茲力編隊(duì)),以及多種作用力的復(fù)合編隊(duì)概念(如光子繩系編隊(duì)、庫(kù)侖力-洛倫茲力編隊(duì))等。
《航天器編隊(duì)飛行導(dǎo)論》可作為高等院校相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生及研究生的教學(xué)參考書(shū),亦可供航天器研究、設(shè)計(jì)專業(yè)人員參考。
孟云鶴,男,1978年生。河北永清人。2006年獲國(guó)防科技大學(xué)航空宇航科學(xué)與技術(shù)學(xué)科工學(xué)博士學(xué)位,現(xiàn)任國(guó)防科技大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院副教授,碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)轱w行動(dòng)力學(xué)與控制。從2007年陸續(xù)為本科生、研究生主講“飛行器動(dòng)力學(xué)、制導(dǎo)與控制”、“飛行力學(xué)”、“分布式航天器系統(tǒng)理論與應(yīng)用”等課程。兩次獲國(guó)防科技大學(xué)研究生教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)。主持并完成國(guó)家自然科學(xué)基金、“863”等課題10余項(xiàng),發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇,出版學(xué)術(shù)專著、教材3部,2009年獲軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng)。
第1章 緒論
1.1 航天器編隊(duì)飛行特點(diǎn)與應(yīng)用方向
1.1.1 航天器的集群化發(fā)展趨勢(shì)
1.1.2 航天器編隊(duì)飛行的特點(diǎn)
1.1.3 航天器編隊(duì)飛行的應(yīng)用方向
1.2 航天器編隊(duì)飛行的技術(shù)基礎(chǔ)與概念拓展
1.2.1 航天器編隊(duì)飛行的動(dòng)力學(xué)與控制基礎(chǔ)
1.2.2 航天器編隊(duì)飛行的概念拓展
1.3 本書(shū)內(nèi)容安排
參考文獻(xiàn)
第2章 航天器編隊(duì)飛行的動(dòng)力學(xué)方程
2.1 Clohessy-wiltshire方程
2.1.1 相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程的建立基礎(chǔ)
2.1.2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程的建立
2.1.3 相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程的簡(jiǎn)化 第1章 緒論
1.1 航天器編隊(duì)飛行特點(diǎn)與應(yīng)用方向
1.1.1 航天器的集群化發(fā)展趨勢(shì)
1.1.2 航天器編隊(duì)飛行的特點(diǎn)
1.1.3 航天器編隊(duì)飛行的應(yīng)用方向
1.2 航天器編隊(duì)飛行的技術(shù)基礎(chǔ)與概念拓展
1.2.1 航天器編隊(duì)飛行的動(dòng)力學(xué)與控制基礎(chǔ)
1.2.2 航天器編隊(duì)飛行的概念拓展
1.3 本書(shū)內(nèi)容安排
參考文獻(xiàn)
第2章 航天器編隊(duì)飛行的動(dòng)力學(xué)方程
2.1 Clohessy-wiltshire方程
2.1.1 相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程的建立基礎(chǔ)
2.1.2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程的建立
2.1.3 相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程的簡(jiǎn)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(jì)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(dǎo)
2.2.2 Lwden的推導(dǎo)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(xiàn)
第3章 近圓軌道航天器編隊(duì)構(gòu)形設(shè)計(jì)與攝動(dòng)分析
3.1 相對(duì)運(yùn)動(dòng)與構(gòu)形設(shè)計(jì)
3.1.1 變量定義與前提條件
3.1.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立
3.1.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的一階近似
3.1.4 用軌道根數(shù)表達(dá)相對(duì)運(yùn)動(dòng)
3.1.5 近圓軌道編隊(duì)構(gòu)形的設(shè)計(jì)步驟
3.2 編隊(duì)構(gòu)形穩(wěn)定性分析
3.2.1 編隊(duì)構(gòu)形穩(wěn)定性仿真分析
3.2.2 編隊(duì)構(gòu)形破壞機(jī)理分析
3.3 三軸振動(dòng)同步的構(gòu)形設(shè)計(jì)方法
3.3.1 三軸振動(dòng)同步的條件
3.3.2 基于三軸振動(dòng)同步的編隊(duì)構(gòu)形設(shè)計(jì)步驟
3.3.3 三軸振動(dòng)同步的構(gòu)形仿真
3.4 J2攝動(dòng)作用下編隊(duì)構(gòu)形的表達(dá)
3.4.1 構(gòu)形表達(dá)式的重新推導(dǎo)
3.4.2 人攝動(dòng)作用下編隊(duì)構(gòu)形表達(dá)式
3.4.3 仿真結(jié)果分析
參考文獻(xiàn)
第4章 橢圓軌道航天器編隊(duì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析與構(gòu)形設(shè)計(jì)
4.1 橢圓軌道的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表達(dá)與攝動(dòng)分析
4.1.1 橢圓軌道編隊(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的真近點(diǎn)角表達(dá)形式
4.1.2 橢圓軌道編隊(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平近點(diǎn)角表達(dá)形式
4.1.3 攝動(dòng)分析以及考慮攝動(dòng)的編隊(duì)設(shè)計(jì)
4.1.4 橢圓軌道相對(duì)運(yùn)動(dòng)的仿真分析
4.2 橢圓軌道的編隊(duì)構(gòu)形設(shè)計(jì)
4.2.1 橢圓軌道相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基本軌跡
4.2.2 橢圓軌道相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的特性分析
4.2.3 橢圓軌道相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)形設(shè)計(jì)
4.3 橢圓軌道編隊(duì)飛行的應(yīng)用簡(jiǎn)介
4.3.1 橢圓軌道編隊(duì)飛行試驗(yàn)計(jì)劃
4.3.2 地磁場(chǎng)測(cè)量的任務(wù)階段
4.3.3 橢圓軌道編隊(duì)飛行的優(yōu)勢(shì)
參考文獻(xiàn)
第5章 基于GNSS的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量原理
5.1 GNSS相對(duì)測(cè)量原理與應(yīng)用
5.1.1 GNSS相對(duì)測(cè)量原理
5.1.2 GNSS在衛(wèi)星相對(duì)測(cè)量中的工程應(yīng)用
5.2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量中的濾波技術(shù)
5.2.1 EKF濾波
5.2.2 UKF濾波
參考文獻(xiàn)
第6章 基于多沖量的相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)形控制方法
6.1 編隊(duì)構(gòu)形的沖量捕獲策略
6.1.1 相對(duì)運(yùn)動(dòng)與沖量的關(guān)系
6.1.2 簡(jiǎn)單多沖量與構(gòu)形生成
6.1.3 編隊(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)形的多沖量控制
6.2.3 基于簡(jiǎn)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(zhǎng)期伴飛保持控制思路
6.3.2 基于相對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)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(dòng)機(jī)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)方法
參考文獻(xiàn)
第7章 InsAR航天器編隊(duì)的設(shè)計(jì)與控制
7.1 InSAR航天器編隊(duì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
7.1.1 主星帶伴隨編隊(duì)模式的InSAR系統(tǒng)概念
7.1.2 面向SEMs測(cè)量的主星帶伴隨編隊(duì)InSAR系統(tǒng)約束分析
7.1.3 主星帶伴隨編隊(duì)InSAR系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
7.2 InSAR航天器編隊(duì)的協(xié)同控制
7.2.l SAR衛(wèi)星的多普勒頻移與偏航導(dǎo)引補(bǔ)償
7.2.2 InSAR編隊(duì)的協(xié)同控制問(wèn)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(xiàn)
第8章 平動(dòng)點(diǎn)軌道航天器編隊(duì)飛行
8.1 DARWIN與TPF計(jì)劃
8.1.1 DARwIN計(jì)劃
8.1.2 TPF計(jì)劃
8.2 三體軌道概念簡(jiǎn)介
8.2.1 限制性三體軌道動(dòng)力學(xué)
8.2.2 雅可比積分與力場(chǎng)特性
8.2.3 平動(dòng)點(diǎn)概念
8.2.4 平動(dòng)點(diǎn)附近的周期軌道
8.3 平動(dòng)點(diǎn)軌道編隊(duì)構(gòu)形的設(shè)計(jì)與控制
8.3.1 平動(dòng)點(diǎn)軌道編隊(duì)飛行的動(dòng)力學(xué)模型
8.3.2 基于Floquct模態(tài)的平動(dòng)點(diǎn)軌道編隊(duì)構(gòu)形設(shè)計(jì)
8.3.3 基于noquct模態(tài)的平動(dòng)點(diǎn)軌道編隊(duì)構(gòu)形控制
參考文獻(xiàn)
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(shí)踐
9.2 非導(dǎo)電繩系衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)
9.2.1 重力梯度效應(yīng)
9.2.2 動(dòng)量交換原理
9.2.3 繩系系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模
9.3 導(dǎo)電繩系衛(wèi)星的電動(dòng)力學(xué)
9.3.1 電動(dòng)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(yīng)用的繩系系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(duì)飛行的概念
9.5.1 光子繩系編隊(duì)的原理
9.5.2 光子繩系編隊(duì)的結(jié)構(gòu)與組成
9.5.3 光子推進(jìn)和繩系編隊(duì)的應(yīng)用設(shè)想
參考文獻(xiàn)
第10章 電磁力編隊(duì)飛行
10.1 電磁力編隊(duì)飛行的基本原理
10.1.1 電磁力編隊(duì)飛行的基本概念與優(yōu)勢(shì)
10.1.2 電磁力編隊(duì)飛行的未來(lái)應(yīng)用設(shè)想
10.2 電磁力編隊(duì)飛行的動(dòng)力學(xué)建模
10.2.1 電磁力/力矩
10.2.2 環(huán)路電流的磁場(chǎng)
10.2.3 電磁力編隊(duì)飛行的數(shù)學(xué)建模
10.3 電磁力編隊(duì)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
10.3.1 高溫超導(dǎo)技術(shù)
10.3.2 電磁系統(tǒng)總體與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)
10.3.3 電磁力/力矩計(jì)算與測(cè)量技術(shù)
10.3.4 非線性控制技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第11章 庫(kù)侖力編隊(duì)飛行
11.1 庫(kù)侖力編隊(duì)的基本原理
11.1.1 航天器的空間充電現(xiàn)象
11.1.2 庫(kù)侖力形成的物理機(jī)理
11.1.3 Debyc效應(yīng)與靜電力的計(jì)算
11.2 庫(kù)侖力編隊(duì)的動(dòng)力學(xué)建模與虛擬結(jié)構(gòu)
11.2.1 庫(kù)侖力編隊(duì)的Hill方程
11.2.2 庫(kù)侖編隊(duì)靜態(tài)穩(wěn)定構(gòu)形
11.2.3 庫(kù)侖力的虛擬空間結(jié)構(gòu)
11.3 庫(kù)侖力編隊(duì)的新進(jìn)展
11.3.1 平動(dòng)點(diǎn)庫(kù)侖力編隊(duì)
11.3.2 庫(kù)侖繩系編隊(duì)
參考文獻(xiàn)
第12章 洛倫茲力編隊(duì)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(chǎng)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(yīng)用
12.1.4 簡(jiǎn)單構(gòu)形重構(gòu)仿真分析
12.2 洛倫茲力航天器編隊(duì)的動(dòng)力學(xué)方程與分析
12.2.1 考慮洛倫茲力的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程
12.2.2 圓參考軌道線性方程的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性分析
12.2.3 基于線性方程的可控性分析
12.3 庫(kù)侖力-洛倫茲力航天器編隊(duì)飛行介紹
12.3.1 洛倫茲力與庫(kù)侖力的比較分析
12.3.2 庫(kù)侖力-洛倫茲力航天器編隊(duì)概念
12.4 洛倫茲力的擴(kuò)展應(yīng)用
12.4.1 洛倫茲力作用下的拉格朗日行星運(yùn)動(dòng)方程
12.4.2 利用洛倫茲力增強(qiáng)引力輔助變軌技術(shù)
參考文獻(xiàn)