航天器相对运动轨道动力学

第1章相对运动的概念和应用 1.1相对运动的哲学范畴 1.2相对运动的表达和研究方法 1.3相对运动的分类和应用 1.3.1多级相对运动 1.3.2拦截、交会及其逆过程 1.3.3并行相对运动——分布式卫星系统 1.3.4串行相对运动——多关节机械臂 1.3.5复杂相对运动 1.4相对运动的案例 1.4.1变长度2级数学摆——物理现象之例 1.4.2深度撞击——远程拦截交会之例 1.4.3轨道快车——精准交会对接之例 参考文献第2章航天器相对运动的动力学方法 2.1相对运动坐标系的描述与定义 2.1.1地心赤道惯性坐标系 2.1.2目标航天器轨道坐标系 2.1.3目标航天器曲线坐标系 2.1.4球坐标系 2.2相对运动的动力学建模方法 2.2.1牛顿动力学方法 2.2.2拉格朗日动力学方法 2.2.3哈密顿动力学方法 2.2.4复合运动动力学方法 2.3相对运动的动力学模型 2.3.1相对于圆参考轨道的动力学模型 2.3.2相对于小偏心率椭圆参考轨道的相对运动模型 2.3.3相对于较大偏心率的椭圆参考轨道的相对运动 模型 2.3.4考虑J2项摄动的精确相对运动方程 2.4各种相对运动模型的适用性分析 2.4.1航天器相对运动适用模型的选取 2.4.2航天器相对运动模型的主要影响因素 参考文献第3章航天器相对运动的运动学方法 3.1概述 3.2基于平均轨道要素的相对运动描述方法 3.2.1平均轨道要素的描述方法 3.2.2相对运动坐标系定义 3.2.3相对运动状态转移矩阵 3.2.4基于平均轨道要素的相对运动状态转移矩阵 3.2.5平均轨道要素的计算 3.3基于相对轨道要素的相对运动描述方法 3.3.1引言 3.3.2参考坐标系 3.3.3相对轨道要素 3.3.4相对运动描述 3.4基于参照轨道要素的相对运动描述方法 3.4.1参照轨道要素描述的相对运动 3.4.2主星为圆轨道时的相对运动 参考文献第4章非线性相对运动的四元数方法 4.1二次型变换与四元数的运动学特性 4.1.1二次型变换 4.1.2四元数的姿态解算运用 4.2二次型变换与四元数的动力学特性 4.2.1二次型变换与四元数的动力学问题应用 4.2.2二次型变换与四元数解动力学问题的案例 4.2.3KS变换与四元数的统一性研究 4.3四元数轨道角动量径距变化率模型 4.3.1“四元数轨道角动量径距变化率”要素与经典 轨道要素的等价性 4.3.2“四元数轨道角动量径距变化率”动力学 模型 4.3.3“四元数轨道角动量径距变化率”动力学 模型的优越性评估 4.4基于对偶四元数的航天器姿轨耦合动力学与控制 4.4.1对偶四元数代数 4.4.2基于对偶四元数的航天器轨/姿运动学建模 4.4.3基于对偶四元数的轨/姿一体化刚体动力学建模 4.4.4对偶四元数解姿轨耦合问题的案例 参考文献第5章相对轨道的逆向设计方法 5.1概述 5.2基于对数螺旋线的轨道设计 5.2.1基于形状的轨道设计方法 5.2.2对数螺旋线的基本性质 5.2.3采用对数螺旋线进行轨道设计的可行性分析 5.2.4基于圆初始轨道的轨道设计 5.2.5基于椭圆初始轨道的轨道设计 5.3基于福布斯螺旋线的轨道设计 5.3.1福布斯曲线及其局限性 5.3.2轨道高度随时间变化为线性的福布斯螺旋线 5.3.3轨道高度随时间变化为多项式的福布斯螺旋线 5.3.4轨道高度随时间变化为双曲正切形式的福布斯 螺旋线 5.3.5假设轨道高度随时间变化为正/余弦形式 5.4基于指数正弦曲线的轨道设计 5.4.1指数正弦曲线的基本性质 5.4.2基于周期性指数正弦曲线的轨道设计 5.4.3基于非周期性指数正弦曲线的轨道设计 参考文献第6章基于相对轨道要素的卫星编队 6.1概述 6.2相对轨道几何性质 6.2.1相对轨道要素 6.2.2相对轨道几何特性 6.2.3相对轨道要素和经典轨道要素的比较 6.2.4小结 6.3编队飞行的J2摄动影响 6.3.1J2摄动对主从星轨道根数差的影响 6.3.2J2摄动相对轨道构型的定量分析 6.3.3相对运动*小J2摄动条件 6.3.4队形保持的脉冲控制 6.3.5小结 6.4队形设计与队形品质分析 6.4.1基于相对轨道要素的队形设计 6.4.2编队队形的摄动影响 6.4.3三维编队队形设计 6.4.4小结 参考文献第7章基于参照轨道要素的卫星编队 7.1概述 7.2参照轨道要素方法介绍 7.2.1参照轨道要素定义 7.2.2参照轨道要素与经典轨道要素的转换 7.2.3相对运动的参照轨道要素描述 7.2.4相对运动描述方法的比较 7.3理想编队队形设计 7.3.1引言 7.3.2相对运动的一般特点 7.3.3圆参照轨道队形设计方法 7.3.4椭圆参照轨道队形设计方法 7.3.5小结 7.4自然编队队形设计 7.4.1引言 7.4.2绝对运动的J2摄动分析 7.4.3相对运动的J2摄动分析 7.4.4自然编队轨道解 7.4.5自然编队队形设计 7.4.6小结 7.5编队队形的几何特性分析 7.5.1引言 7.5.2从星矢径的4种描述方法 7.5.3星间角距与编队分布面积 7.5.4编队覆盖面积 7.5.5编队分布几何量度 7.5.6小结 参考文献第8章多臂空间机器人相对运动 8.1概述 8.2柔性关节空间机器人动力学建模 8.2.1柔性关节的数学表征 8.2.2柔性关节机器人的动力学建模 8.2.3自由飘浮空间机器人建模 8.3多臂机器人相对运动的路径规划 8.3.1机械臂相对运动奇异问题研究 8.3.2基于快速扩展随机树算法的机器人避障路径 规划 8.3.3相对运动中基座扰动*小的路径规划 8.4多臂机器人物体空间相对运动协调阻抗控制 8.4.1引言 8.4.2多机械臂被抓取物体相对运动的系统动力学 模型 8.4.3物体空间坐标系 8.4.4物体空间6维相对运动的虚拟弹簧表示 8.4.5物体空间相对运动协调阻抗控制策略 8.5本章小结 参考文献第9章星座构型及巡游运动 9.1星座的基本概念 9.1.1描述星座的基本参数 9.1.2星座的覆盖特性 9.1.3典型的星座构型 9.2星座设计 9.2.1星座设计准则 9.2.2星座设计模型及摄动在星座设计中的考虑 9.3星座的保持 9.3.1星座的稳定性分析 9.3.2星座构型的*优恢复 9.4空间目标巡游 9.4.1星座的零燃料消耗巡游轨道设计方法 9.4.2星座的机动巡游轨道设计方法 参考文献第10章航天器远程协同交会 10.1概述 10.2连续推力轨道动力学建模 10.2.1坐标系选取及转换 10.2.2惯性坐标系下的连续推力动力学方程 10.2.3经典轨道根数动力学方程及改进 10.3轨道动力学方程的极值原理 10.3.1惯性坐标系下动力学方程的极值原理 10.3.2改进春分点的轨道根数动力学方程的极值原理 10.4近圆开普勒轨道多脉冲协同交会 10.4.1三脉冲协同交会数学模型 10.4.2集群小卫星协同交会数学模型 10.4.3集群小卫星轨道拦截优化 10.5连续推力作用下的协同交会 10.5.1差分粒子群法串联同伦算法的优化仿真分析 10.5.2差分粒子群法串联遗传算法的优化仿真分析 10.6本章附录 参考文献第11章航天器悬停/悬浮轨道动力学 11.1概述 11.2航天器悬停/悬浮轨道动力学分析 11.2.1轨道动力学方程 11.2.2轨道加速度分析 11.2.3轨道速度增量分析 11.2.4悬停/悬浮燃料消耗分析 11.3多脉冲悬停/悬浮轨道动力学 11.3.1目标航天器轨道为近圆轨道的多脉冲悬停/ 悬浮轨道 11.3.2目标航天器轨道为椭圆轨道的脉冲推力悬停/ 悬浮轨道 11.4航天器悬停/悬浮拼接轨道的规划 11.4.1基于脉冲推力的悬停/悬浮拼接轨道设计 11.4.2区间悬停/悬浮数值分析 11.4.3基于连续小推力的悬停/悬浮拼接轨道设计 参考文献附录博士学位论文参考目录