航天器飞行控制技术基础(第二版)

第1章概述1 1.1航天工程1 1.1.1航天工程的分类1 1.1.2航天工程的组成7 1.2航天器飞行控制9 1.2.1发射入轨段9 1.2.2早期轨道段10 1.2.3在轨运行段10 1.2.4返回及离轨段10 1.3本书的结构11第2章发射场与运载火箭13 2.1航天发射场13 2.1.1航天发射方式13 2.1.2发射场及组成14 2.1.3发射场选址15 2.1.4世界主要航天发射场简介17 2.2运载火箭25 2.2.1运载火箭的分类25 2.2.2运载火箭系统的组成27 2.2.3运载火箭的主要技术参数34 2.3世界主要运载火箭36 2.3.1美国37 2.3.2苏联/俄罗斯43 2.3.3欧洲45 2.3.4印度46 2.3.5中国48 2.3.6其他国家63 参考文献65第3章航天器66 3.1航天器的分类66 3.1.1人造地球卫星67 3.1.2空间探测器71 3.1.3载人及货运航天器72 3.2航天器系统的组成75 3.2.1结构与机构分系统76 3.2.2测控分系统80 3.2.3数据管理分系统84 3.2.4控制分系统87 3.2.5推进分系统88 3.2.6电源分系统97 3.2.7热控分系统100 参考文献104第4章航天测控网105 4.1概述105 4.1.1测控网的组成105 4.1.2测控网的功能106 4.1.3测控网的布局106 4.1.4测控网的运行模式107 4.2航天测控中心108 4.2.1测控中心的作用108 4.2.2测控中心的组成108 4.3地基测控网110 4.3.1地面测控站110 4.3.2海上测量船114 4.4天基测控网115 4.4.1中继卫星系统115 4.4.2导航卫星系统117 4.5测控网信息交换120 4.5.1发射入轨段测控信息交换121 4.5.2在轨运行段测控信息交换123 4.5.3返回段测控信息交换125 4.5.4主、备测控中心间信息交换127 参考文献128第5章运载火箭跟踪测量129 5.1运载火箭弹道129 5.1.1运载火箭飞行弹道129 5.1.2运载火箭飞行程序131 5.1.3运载火箭的质心动力学方程131 5.2火箭跟踪测量132 5.2.1飞行姿态监视132 5.2.2飞行弹道监视134 5.2.3跟踪条件分析142 5.2.4分离点火箭姿态145 5.3发射窗口147 5.3.1发射窗口约束148 5.3.2典型轨道航天器发射窗口151 5.4箭体陨落预报157 参考文献158第6章航天器跟踪测量159 6.1无线电测控159 6.1.1统一测控系统159 6.1.2雷达系统167 6.1.3深空测控172 6.2光学测量177 6.3跟踪测量计算178 6.3.1测站跟踪预报179 6.3.2天线角计算180 6.3.3巡航可见预报计算181 6.3.4测站干扰预报181 6.3.5跟踪遮蔽角182 6.3.6跟踪动态性能183 6.3.7测控链路估算183 参考文献187第7章航天器遥测遥控188 7.1基本原理188 7.2航天器遥测190 7.2.1遥测信息格式191 7.2.2遥测信息处理201 7.3航天器遥控207 7.3.1遥控信息格式207 7.3.2遥控信息处理214 7.3.3遥控信息校验和比对217 参考文献222第8章航天器姿态测量与控制223 8.1姿态控制系统的组成223 8.2坐标系及姿态描述224 8.2.1航天器本体坐标系224 8.2.2常用参考坐标系224 8.2.3姿态描述227 8.3姿态确定及计算231 8.3.1姿态敏感器231 8.3.2姿态确定方法237 8.3.3星敏感器姿态角计算239 8.4姿态控制执行机构239 8.4.1推力器239 8.4.2磁力矩器240 8.4.3飞轮241 8.5典型航天器姿态控制方案243 8.5.1某遥感卫星姿态控制方案244 8.5.2某静止轨道卫星姿态控制方案245 参考文献251第9章航天器轨道测量与确定252 9.1轨道测量数据253 9.1.1惯性导航数据253 9.1.2外测数据254 9.1.3GNSS 数据257 9.2初始轨道确定及分离点参数计算257 9.2.1初始轨道计算258 9.2.2初始轨道修正264 9.2.3分离点参数计算266 9.3精密轨道确定268 9.3.1动力学模型268 9.3.2轨道参数估计269 参考文献271第10章航天器轨道控制272 10.1轨道描述及类型272 10.1.1轨道描述272 10.1.2轨道类型273 10.2常见的航天器轨道275 10.2.1冻结轨道275 10.2.2太阳同步轨道276 10.2.3地球静止轨道278 10.2.4双曲线深空探测轨道280 10.3轨道运动及控制方程281 10.3.1摄动运动及轨道控制动力学方程281 10.3.2轨道平面内控制283 10.3.3轨道平面控制285 10.4典型航天器轨道控制286 10.4.1初始轨道捕获与轨道维持286 10.4.2星座构型控制288 10.4.3交会对接控制291 10.4.4地球静止轨道卫星控制294 10.5航天器自主轨道控制315 10.5.1自主轨道捕获316 10.5.2自主轨道保持318 10.5.3自主碰撞规避319 10.5.4自主交会对接321 10.5.5深空自主导航322 参考文献325第11章航天器返回326 11.1航天器返回过程326 11.1.1制动段326 11.1.2过渡段327 11.1.3再入段328 11.1.4着陆段331 11.2航天器返回方式333 11.2.1弹道式返回333 11.2.2弹道升力式返回334 11.2.3升力式返回334 11.2.4受控陨落336 11.3返回制动参数计算337 11.3.1返回圈选择338 11.3.2控制参数计算339 11.4返回弹道计算340 11.4.1GNSS 弹道计算340 11.4.2内测弹道计算340 11.4.3外测弹道计算341 11.5返回落点预报341 11.5.1返回运动模型341 11.5.2再入制导方法345 11.5.3积分计算落点345 参考文献347第12章航天器寿命末期管理348 12.1依据、原则和内容348 12.1.1依据348 12.1.2原则348 12.1.3内容及要求349 12.2空间碎片减缓要求349 12.3漂星再定点350 12.4退役和报废352 12.4.1退役352 12.4.2报废352 12.5离轨353 12.5.1离轨方式353 12.5.2离轨的一般原则354 12.5.3推进式离轨的一般过程354 12.5.4典型航天器离轨355 12.6钝化359 参考文献361附录362 附录A长征系列运载火箭主要参数362 附录B中国运载火箭发射记录365 附录C其他国家主要运载火箭发射记录386