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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 DART171

5.1.5 ATV172

5.1.6 HTV173

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