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第1章 绪论 1

1.1航天器类型 2

1.1.1近地轨道卫星 3

1.1.2月球及深空探测器 4

1.1.3载人航天器 5

1.1.4临近空间飞行器 7

1.2航天器控制内涵 9

1.2.1轨道运动 9

1.2.2轨道确定 10

1.2.3轨道控制 10

1.2.4姿态运动 11

1.2.5姿态确定 12

1.2.6姿态控制 12

1.2.7制导、导航与控制 13

参考文献 16

第2章 航天器控制系统 17

2.1引言 18

2.2姿态测量敏感器 22

2.2.1红外地球敏感器 22

2.2.2太阳敏感器 25

2.2.3紫外敏感器 29

2.2.4星敏感器 31

2.2.5陀螺 35

2.2.6磁强计 40

2.3绝对导航敏感器 42

2.3.1惯性测量单元 42

2.3.2卫星导航敏感器 46

2.3.3光学导航敏感器 46

2.3.4脉冲星导航敏感器 47

2.4相对导航敏感器 52

2.4.1微波雷达 52

2.4.2激光雷达 54

2.4.3光学成像敏感器 55

2.4.4差分卫星导航敏感器 57

2.5执行机构 60

2.5.1飞轮 60

2.5.2控制力矩陀螺 62

2.5.3磁力矩器 64

2.6驱动机构 66

2.6.1太阳电池阵驱动装置 66

2.6.2天线驱动装置 68

2.6.3推力矢量调节装置 69

2.7推力器 71

2.7.1推力器构成与特点 71

2.7.2推力器主要技术指标 72

2.7.3推力器的分类 76

2.8星载计算机 78

2.8.1星载计算机系统组成 78

2.8.2星载计算机容错体系结构 81

2.8.3星载计算机的发展 83

参考文献 85

第3章 航天器轨道与轨道动力学 87

3.1引言 88

3.2时间系统和参考系 89

3.2.1时间系统 89

3.2.2坐标系 92

3.2.3坐标系间的转换关系 94

3.3二体问题和三体问题 97

3.3.1二体问题概述 97

3.3.2二体轨道运动常数 98

3.3.3二体轨道几何方程 100

3.3.4二体轨道几何性质 102

3.3.5圆型限制性三体问题 104

3.3.6平动点 106

3.4航天器轨道特性 108

3.4.1轨道参数及转换 108

3.4.2星下点轨迹 111

3.4.3发射窗口 112

3.4.4地球同步轨道 114

3.4.5太阳同步轨道 114

3.4.6临界和冻结轨道 116

3.4.7回归轨道 117

3.4.8返回轨道 117

3.4.9平动点轨道 120

3.5轨道摄动方程及求解方法 130

3.5.1密切轨道 130

3.5.2 Lagrange摄动方程 131

3.5.3 Gauss摄动方程 132

3.5.4数值积分法 133

3.5.5摄动法 134

3.6轨道摄动源 137

3.6.1地球非球形引力摄动 137

3.6.2地球大气阻力摄动 140

3.6.3日月引力摄动 140

3.6.4太阳光压摄动 141

3.6.5月球非球形引力摄动 142

3.6.6火星非球形引力摄动 143

3.6.7火星大气阻力摄动 143

3.7航天器相对运动 145

3.7.1坐标系定义 145

3.7.2相对运动方程 146

3.8动力学定轨 150

3.8.1初轨确定 150

3.8.2精密定轨 152

参考文献 158

第4章 轨道控制 159

4.1引言 160

4.2轨道控制基础 161

4.2.1轨道控制方程 161

4.2.2脉冲式推力控制 163

4.2.3有限推力控制 165

4.2.4最优轨道控制问题 166

4.3近地轨道航天器轨道控制 167

4.3.1低轨航天器摄动分析及轨道保持 167

4.3.2高轨航天器摄动分析及轨道保持 176

4.3.3高轨航天器轨道转移 194

4.4月球探测返回轨道控制 199

4.4.1月球探测轨道动力学模型 199

4.4.2月地返回轨道初步设计 202

4.4.3月地返回轨道精确设计 217

4.4.4月地转移脉冲推力轨道控制 223

4.5平动点轨道控制 226

4.5.1目标轨道设计 226

4.5.2平动点轨道保持 234

4.6无拖曳控制 239

4.6.1线性化解耦控制模型 240

4.6.2无拖曳控制工作模式 241

4.6.3加速度计模式下的航天器无拖曳控制 242

参考文献 253

第5章 航天器姿态运动学和动力学 256

5.1引言 257

5.2姿态及姿态运动学 258

5.2.1姿态描述 258

5.2.2姿态运动学 262

5.3姿态动力学 265

5.3.1刚体航天器姿态动力学 265

5.3.2挠性航天器姿态动力学 267

5.3.3充液航天器姿态动力学 271

5.3.4多体航天器姿态动力学 278

5.4空间环境干扰力矩 293

5.4.1重力梯度力矩 293

5.4.2太阳辐射力矩 294

5.4.3气动力矩 295

5.4.4地磁力矩 297

参考文献 299

第6章 航天器姿态确定 300

6.1引言 301

6.2姿态敏感器误差建模 302

6.2.1陀螺随机误差建模 302

6.2.2星敏感器测量误差建模 311

6.3几何姿态确定方法 314

6.3.1自旋卫星姿态确定 314

6.3.2三轴稳定卫星姿态确定 318

6.3.2姿态异常下自旋角速度确定 323

6.4状态估计姿态确定 332

6.4.1自旋卫星姿态确定 332

6.4.2基于太阳—地球测量的三轴稳定卫星姿态确定 334

6.4.3基于星敏感器测量的三轴稳定卫星姿态确定 338

6.5姿态敏感器相对误差标定 345

6.5.1星敏感器间相对基准标定 346

6.5.2陀螺误差标定 355

6.6地面事后高精度姿态标校 361

6.6.1陀螺常值漂移关系式 361

6.6.2考虑低频误差时的陀螺等效常漂 363

6.6.3陀螺等效常漂及星体角速度获取 364

6.6.4基于等效陀螺常值漂移的姿态校准方法 366

6.6.5仿真验证 369

6.7对地成像要求的偏流角确定 374

6.7.1成像坐标系 374

6.7.2偏流角确定 376

参考文献 380

第7章 航天器姿态控制 382

7.1引言 383

7.2基于推力器的姿态控制 384

7.2.1自旋卫星喷气姿态控制 384

7.2.2三轴稳定卫星喷气姿态控制 390

7.3基于角动量管理装置的姿态控制 398

7.3.1偏置动量航天器姿态稳定控制 398

7.3.2零动量航天器姿态稳定控制 409

7.3.3姿态机动控制 415

7.4角动量管理装置操纵策略 440

7.4.1飞轮操纵策略 440

7.4.2控制力矩陀螺操纵策略 457

7.4.3混合执行机构操纵策略 486

7.5充液航天器控制 494

7.5.1控制模型 494

7.5.2姿态控制器设计 495

7.6多体航天器姿态控制 500

7.6.1具有运动天线的姿态复合控制 500

7.6.2组合体姿态复合控制 510

参考文献 513

第8章 航天器自主导航、制导与控制 516

8.1引言 517

8.2绝对自主导航 518

8.2.1捷联惯性与GPS组合导航 518

8.2.2基于姿态敏感器的自主导航 521

8.2.3基于脉冲星的自主导航 524

8.2.4基于星间测量的星座自主导航 527

8.3相对自主导航 532

8.3.1相对状态估计 532

8.3.2自主定轨与相对状态估计 538

8.4交会对接制导与控制 541

8.4.1飞行阶段与任务要求 541

8.4.2交会对接制导 543

8.4.3交会对接控制 546

8.5返回再入制导与控制 551

8.5.1弹道式返回再入 551

8.5.2弹道升力式返回再入 552

8.5.3升力式返回再入 554

8.5.4返回再入制导 555

8.6地外天体软着陆制导与控制 560

8.6.1月球软着陆 560

8.6.2火星软着陆 566

8.6.3小行星软着陆 569

8.7星际飞行的制导与控制 573

8.7.1星际飞行的基本概念 573

8.7.2星际飞行的轨道转移 576

8.7.3星际飞行的制导与控制 578

参考文献 580

索引 583