深空探测动力学与控制

前言

自1959年苏联成功发射了“月球”2号探测器以来，世界各国发射的包括月球探测器在内的深空探测器达到了240多颗。经过20世纪80年代短暂的低潮后，进入21世纪，航天界迎来了第二次深空探测热潮。与此同时，我国成功发射了“嫦娥”系列月球探测器，提出了以月球探测为突破口，开展深空探测活动的策略，对火星及更远天体的探测正在论证和规划。早期的深空探测器轨道控制与设计方法基于的动力学模型是简单的二体模型，轨道推进使用可等效为脉冲的大推力化学推进。然而，第二次深空探测热潮更加强调方案和技术的创新，如提出了拉格朗日点附近的周期轨道、悬浮轨道、两个天体的引力平衡点附近飞行的晕轨道等多种新型的任务轨道；在轨道推进上青睐更高效的方式，如採用产生连续小推力的离子电推进技术、巧妙利用行星引力辅助、探索太阳帆和磁帆等新概念飞行器；倾向于多种类型的导航技术，如大功率地面测控技术和自主导航技术；探测目标的选择更加广泛，如近地小行星、柯伊伯带小天体等，及一次探测多个目标的多任务探测。这些新型的任务轨道和推进方式可以以较低的成本实现更多的任务，相应的轨道动力学研究涉及N体系统、不规则弱引力场特性等，还需要研究连续推力作用下的轨道设计与控制方法等。

作者团队近20年来一直从事太空飞行器动力学与控制方面的研究工作，前期主要针对的是近地太空飞行器，近10年来转向深空探测。本书是作者团队近10年在深空探测动力学与控制方面研究成果的系统总结，其中主要包括了4位教师、8位博士研究生和5位硕士研究生的研究成果。全书由11章内容组成。第0章是绪论，是整书的引导和概要介绍，为了方便读者阅读本书各个章节的专题内容，以综述的形式集中介绍了共性基础，及其与本书重点研究问题的关係。除绪论外，每一章都是一个专题研究。

第1章以火星探测任务为背景，系统地研究并介绍脉冲推进模型下行星探测轨道最佳化设计方法。第2章以光学自主导航为例，系统地研究并介绍深空自主导航的基本概念和方法。第3章系统地研究引力辅助技术，其中有複杂的最佳化问题迄今尚未彻底解决。第4~6章研究连续推力模型下的深空轨迹最佳化方法，这是近几年国际上的热点问题，也是理论上尚未完全解决的难题。其中第4章介绍基本方法；第5章研究与同伦方法相结合的间接最佳化法；第6章研究运用伪普法的直接最佳化法。第7章研究小行星附近不规则引力场中的轨道理论，这是近年新兴起的课题，也是尚未形成完整理论体系的问题。第8章研究小行星探测制导与控制问题，给出附着、伴飞和飞越探测制导与控制的典型方法。第9章研究三体问题中轨道问题，包括拉格朗日点附近的轨道理论，以及与其相关的不变流形及其之上的轨道设计方法。第10章研究太阳帆飞行器新型任务轨道，给出逆向轨道、双逆向轨道等若干种新型轨道。

本书的绪论由李俊峰、宝音贺西编写，第1章由李俊峰、李军锋编写，第2章由宝音贺西、崔文编写，第3章由李俊峰、陈杨编写，第4章由宝音贺西、蒋方华、郭铁丁编写，第5章由蒋方华、李俊峰编写，第6章由李俊峰、郭铁丁、蒋方华编写，第7章由宝音贺西、于洋编写，第8章由宝音贺西、陈杨编写，第9章由龚胜平、宝音贺西编写，第10章由李俊峰、曾祥远编写。书中的算例一部分由龚胜平博士和蒋方华博士完成，另一部分由研究生陈杨、于洋、郭铁丁、曾祥远、崔文、李军锋完成。全书统稿由李俊峰、宝音贺西、蒋方华负责。

深空探测动力学与控制

深空探测动力学与控制

基本介绍

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