中国制造2025出版工程：深空探测航天器的制导控制技术

第1章　绪论　/ 1
　1.1　基本概念　/ 2
　　　1.1.1　制导、导航与控制　/ 2
　　　1.1.2　深空探测　/ 3
　1.2　深空探测典型任务中的制导控制技术　/ 4
　　　1.2.1　月球探测中的制导控制技术　/ 4
　　　1.2.2　火星探测中的制导控制技术　/ 15
　1.3　本书的主要内容　/ 19
　参考文献　/ 20

第2章　天体力学基础　/ 24
　2.1　参考坐标系及坐标变换　/ 25
　　　2.1.1　参考坐标系的定义　/ 25
　　　2.1.2　坐标系之间的变换　/ 27
　2.2　时间系统　/ 28
　　　2.2.1　时间系统的定义　/ 28
　　　2.2.2　儒略日的定义及转换　/ 30
　2.3　航天器动力学模型　/ 31
　　　2.3.1　中心体引力及形状摄动势函数　/ 31
　　　2.3.2　其他摄动模型　/ 34
　　　2.3.3　航天器动力学模型　/ 35
　2.4　小结　/ 36
　参考文献　/ 37

第3章　控制基础　/ 38
　3.1　控制问题的提出　/ 39
　3.2　变分法　/ 41
　　　3.2.1　终端时刻tf给定　/ 41
　　　3.2.2　终端时刻tf自由　/ 43
　3.3　极小值原理　/ 46
　3.4　控制的应用　/ 47
　　　3.4.1　控制的应用类型　/ 47
　　　3.4.2　应用实例　/ 49
　3.5　小结　/ 51
　参考文献　/ 52

第4章　星际转移和捕获中的制导和控制技术　/ 53
　4.1　轨道动力学　/ 54
　　　4.1.1　转移段　/ 54
　　　4.1.2　接近和捕获段　/ 55
　4.2　转移段制导控制方法　/ 55
　　　4.2.1　基于B平面的脉冲式轨道修正方法　/ 55
　　　4.2.2　连续推力轨道控制方法　/ 63
　　　4.2.3　推力在轨标定技术　/ 65
　4.3　接近和捕获过程的制导控制方法　/ 66
　　　4.3.1　B平面制导方法　/ 66
　　　4.3.2　自主轨道规划方法　/ 68
　　　4.3.3　气动捕获技术　/ 76
　4.4　应用实例　/ 80
　　　4.4.1　转移段轨道修正　/ 81
　　　4.4.2　接近段自主轨道规划　/ 82
　4.5　小结　/ 83
　参考文献　/ 84

第5章　月球软着陆的制导和控制技术　/ 85
　5.1　月球软着陆任务特点分析　/ 86
　5.2　月球着陆动力学　/ 88
　　　5.2.1　坐标系统　/ 88
　　　5.2.2　引力场和重力场　/ 91
　　　5.2.3　动力学方程　/ 93
　5.3　不含燃料约束的制导方法　/ 94
　　　5.3.1　重力转弯闭环跟踪制导　/ 94
　　　5.3.2　多项式制导　/ 100
　5.4　燃料制导方法　/ 108
　　　5.4.1　软着陆的制导问题　/ 108
　　　5.4.2　标称轨迹法　/ 117
　　　5.4.3　重力转弯制导方法　/ 128
　　　5.4.4　显式制导方法　/ 137
　5.5　定点着陆的制导方法　/ 147
　　　5.5.1　定点着陆的控制问题　/ 147
　　　5.5.2　基于显式制导的定点着陆制导　/ 151
　5.6　应用实例　/ 155
　5.7　小结　/ 160
　参考文献　/ 160

第6章　火星进入过程的制导和控制技术　/ 162
　6.1　火星进入任务特点分析　/ 163
　　　6.1.1　火星进入环境特性分析　/ 163
　　　6.1.2　火星进入舱气动力学特性分析　/ 165
　　　6.1.3　火星进入制导方法特点分析　/ 165
　6.2　基于标称轨迹设计的解析预测校正制导方法　/ 167
　　　6.2.1　标称轨迹设计　/ 167
　　　6.2.2　解析预测校正制导方法　/ 172
　　　6.2.3　航向校正制导方法　/ 185
　　　6.2.4　应用实例　/ 186
　6.3　基于阻力剖面跟踪的鲁棒制导方法　/ 187
　　　6.3.1　考虑不确定性的二阶阻力动力学模型　/ 188
　　　6.3.2　阻力剖面跟踪鲁棒制导方法　/ 191
　　　6.3.3　改进鲁棒制导方法　/ 193
　　　6.3.4　应用实例　/ 195
　6.4　小结　/ 197
　参考文献　/ 197

第7章　高速返回地球再入过程的制导和控制技术　/ 199
　7.1　高速返回再入动力学模型　/ 200
　　　7.1.1　坐标系的建立　/ 200
　　　7.1.2　坐标系间的转换矩阵　/ 201
　　　7.1.3　矢量形式的动力学方程　/ 203
　　　7.1.4　在半速度坐标系建立质心动力学方程　/ 204
　7.2　高速返回再入任务特点和轨迹特性分析　/ 209
　　　7.2.1　高速再入任务特点　/ 209
　　　7.2.2　高速再入轨迹特点与分段　/ 211
　　　7.2.3　高速再入轨迹各段的动力学特点　/ 212
　　　7.2.4　高速再入的弹道特性与再入走廊分析　/ 215
　　　7.2.5　参数偏差对高速再入过程量和着陆精度的影响　/ 218
　7.3　标准轨道再入制导方法　/ 222
　　　7.3.1　标准轨道制导方法概述　/ 222
　　　7.3.2　标称轨道制导方法跳跃式再入问题分析　/ 224
　　　7.3.3　基于Gauss伪谱法的参考轨迹优化设计　/ 225
　　　7.3.4　基于数值预测校正方法的参考轨迹在线设计　/ 238
　　　7.3.5　基于非线性预测控制方法的轨迹跟踪算法设计　/ 241
　7.4　预测校正再入制导方法　/ 252
　　　7.4.1　预测校正制导方法概述　/ 252
　　　7.4.2　预测校正制导方法过载抑制问题分析　/ 254
　　　7.4.3　开普勒段过载抑制算法　/ 256
　　　7.4.4　融合制导算法　/ 258
　　　7.4.5　应用实例　/ 259
　7.5　小结　/ 267
　参考文献　/ 268

第8章　制导控制技术的地面验证　/ 271
　8.1　着陆避障试验　/ 272
　　　8.1.1　悬吊试验——“LLRF” 　/ 273
　　　8.1.2　自由飞试验——“睡神” 　/ 276
　8.2　再入返回试验　/ 285
　　　8.2.1　“嫦娥-5飞行试验器” 简介　/ 285
　　　8.2.2　器舱组合介绍　/ 287
　　　8.2.3　试验飞行过程　/ 290
　8.3　小结　/ 294
　参考文献　/ 294

第9章　深空探测航天器制导控制技术发展展望　/ 296
　参考文献　/ 302

索引　/ 304