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第1章 绪论 1

1.1空间交会对接技术概述 1

1.1.1空间交会对接的概念 1

1.1.2空间交会对接的作用 2

1.1.3空间交会对接的基本过程 3

1.1.4空间交会对接的关键技术 4

1.2国外空间交会对接技术发展概况 6

1.2.1空间交会对接技术的发展历程 6

1.2.2美国 7

1.2.3俄罗/苏联 12

1.2.4欧洲 14

1.2.5日本 16

1.3中国空间交会对接技术 17

1.3.1中国载人航天工程的发展概况 17

1.3.2中国载人航天工程空间交会对接飞行 18

参考文献 19

第2章 空间交会对接任务分析与设计 21

2.1坐标系统 21

2.1.1时间系统 21

2.1.2惯性坐标系 25

2.1.3地固坐标系 26

2.1.4升交点轨道坐标系 26

2.1.5航天器当地轨道坐标系 26

2.2交会对接轨道动力学 27

2.2.1高精度轨道动力学方程 27

2.2.2近圆轨道相对运动动力学方程 27

2.2.3椭圆轨道相对运动动力学方程 33

2.3交会对接任务的系统设计 36

2.3.1系统构成 37

2.3.2航天器 37

2.3.3运载火箭 40

2.3.4发射场 41

2.3.5测控通信 41

2.3.6着陆场和航天员应急救生区 43

2.3.7航天员 44

2.4交会对接飞行任务规划 45

2.4.1任务规划约束条件 46

2.4.2发射窗口规划 47

2.4.3轨道设计 52

2.5天宫一号/神舟八号交会对接过程 56

2.5.1上升段 57

2.5.2远距离导引段 58

2.5.3自主控制段 58

2.5.4对接段 60

2.5.5组合体飞行段 61

2.5.6二次对接段 62

2.5.7分离撤离段 62

参考文献 62

第3章 运载火箭弹道设计与控制 64

3.1国内外运载火箭控制技术发展概述 64

3.1.1国外情况 64

3.1.2国内情况 67

3.2弹道设计及交会对接任务的特殊需求 68

3.2.1火箭运动方程 68

3.2.2火箭弹道设计及制约因素 73

3.2.3交会对接的特殊需求 74

3.3运载火箭飞行控制技术 75

3.3.1飞行控制系统的组成及工作原理 75

3.3.2制导系统 82

3.3.3姿态控制系统 84

3.4运载火箭制导方案与方法 99

3.4.1组合导航方案 99

3.4.2摄动制导 106

3.4.3迭代制导 108

3.5运载火箭发射控制技术 115

3.5.1火箭射前工作内容及流程 115

3.5.2诸元准备及生成 118

3.5.3初始状态的确定 120

3.5.4零窗口发射 122

3.6地面试验与仿真技术 126

3.6.1六自由度仿真试验技术 126

3.6.2制导姿控联合六自由度仿真试验系统 127

参考文献 128

第4章 测定轨与远距离导引控制 130

4.1国内外技术现状 130

4.1.1测定轨技术现状 130

4.1.2远距离导引控制技术现状 131

4.2轨道确定及轨道预报 133

4.2.1轨道力学基础 133

4.2.2轨道测量方法和模型 138

4.2.3测量数据处理与误差修正 142

4.2.4交会对接中轨道确定及轨道预报的技术特点 143

4.2.5空间环境模型参数辨识及其在交会对接中的应用 145

4.3远距离导引优化控制 147

4.3.1远距离导引变轨任务规划模型 147

4.3.2远距离导引变轨任务规划策略 152

4.3.3远距离导引应急控制策略 158

4.4远距离导引精度分析 160

4.4.1影响远距离导引精度的误差因素 160

4.4.2远距离导引精度评估方法 161

4.4.3远距离导引精度仿真分析结论 163

参考文献 164

第5章 自主交会导航、制导与控制技术 166

5.1国内外技术发展概述 166

5.1.1联盟/进步号飞船 166

5.1.2阿波罗飞船 168

5.1.3航天飞机 170

5.1.4 DART 171

5.1.5 ATV 172

5.1.6 HTV 173

5.2系统设计 174

5.3相对导航技术 179

5.3.1相对测量系统 179

5.3.2相对导航算法 183

5.3.3相对导航滤波器设计 185

5.4自动交会制导控制技术 189

5.4.1霍曼交会 189

5.4.2兰勃特交会 190

5.4.3 C-W制导 191

5.4.4视线制导 193

5.4.5平行交会 195

5.4.6姿态控制 196

5.4.7自动交会制导控制仿真验证 197

5.5手动控制交会技术 199

5.5.1概述 199

5.5.2手控交会对接GNC系统组成及工作原理 201

5.5.3控制方案及数学仿真验证 204

5.6空间交会对接物理仿真试验技术 206

5.6.1概述 206

5.6.2欧洲交会对接GNC分系统半物理仿真 207

5.6.3美国交会对接GNC系统半物理仿真 207

5.6.4日本交会对接GNC系统半物理仿真 208

5.6.5法国十二自由度对接动力学仿真 209

5.6.6美国交会对接十自由度全物理仿真 210

5.6.7我国九自由度交会对接半物理仿真 211

参考文献 212

第6章 空间对接技术 214

6.1空间对接技术概述 214

6.1.1空间对接任务和过程 214

6.1.2对接技术的发展概述 216

6.2对接机构技术 232

6.2.1系统组成和功能划分 233

6.2.2工作过程 235

6.2.3捕获导向机构 235

6.2.4传动缓冲机构 237

6.2.5连接密封分离机构 244

6.2.6对接分离控制 251

6.2.7温度控制 252

6.3对接过程的仿真 252

6.3.1对接过程仿真目的和模型假设 252

6.3.2坐标系定义和对接初始条件 253

6.3.3对接动力学建模 254

6.3.4对接过程动力学仿真 263

6.3.5典型对接情况的仿真结果 264

6.4对接机构地面试验 270

6.4.1任务 270

6.4.2对接机构地面试验方法 271

6.4.3对接机构的大型地面试验设备 275

参考文献 282

第7章 交会对接任务系统仿真 284

7.1系统仿真技术发展概况 284

7.2交会对接工程系统仿真总体设计 287

7.2.1系统仿真需求 287

7.2.2仿真系统平台与架构 291

7.2.3仿真系统组成 300

7.3交会对接仿真建模 302

7.3.1交会对接仿真模型体系 302

7.3.2轨道动力学模型 303

7.3.3 GNSS测量仿真模型 303

7.3.4 USB外测仿真模型 305

7.3.5中继卫星仿真模型 308

7.4仿真试验设计与分析 310

7.4.1仿真试验设计 311

7.4.2仿真结果分析 315

参考文献 319

常用简称与缩写词 320