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

4.2.3K—S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“四元数一轨道角动量一径距变化率”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

6.3.2 J2摄动相对轨道构型的定量分析

6.3.3相对运动最小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

第8章多臂空间机器人相对运动

第9章星座构型及巡游运动

第10章航天器远程协同交会

第11章航天器悬停／悬浮轨道动力学

附录博士学位论文参考目录