现代航天器不但规模庞大,构型复杂,工作寿命长且精度要求高,而且通过空间交会对接还可形成大型空间增长结构,有的甚至属于变结构和多级控制的复杂航天器系统,这就对航天器动力学和控制提出了更严峻的挑战。每一位渴望从事航天科学技术及其应用的工程师和科学家,都必须首先钻研航天动力学和控制相关知识。
《航天器动力学与控制导论》由来自加拿大瑞尔森大学、多伦多大学以及麦吉尔大学的三位老师共同编写而成,主要介绍了航天器轨道动力学、姿态动力学以及控制的基本原理;详细介绍了一些典型的控制系统设计知识;也探讨了航天器动力学和控制的实际应用问题,包括姿态传感器和驱动器的运行、数字控制实施问题以及未建模动力学对航天器姿态控制系统的影响;文中还给出了大量的图表,使读者能更好地了解书中的内容。
书中理论推导是严格的,但又是易懂和实用的。《航天器动力学与控制导论》在结构以及理论深度上更像是一本教科书,重点是帮助读者掌握航天器轨道与姿态动力学及其控制的基本原理和方法,适于大学本科高年级或研究生低年级的学生使用,也可作为科研工作者了解航天器动力学与控制基础知识的参考资料。鉴于此,特将此书翻译成中文,以方便国内读者使用。
译者序
现代航天器不但规模庞大,构型复杂,工作寿命长且精度要求高,而且通过空间交会对接还可形成大型空间增长结构,有的甚至属于变结构和多级控制的复杂航天器系统,这就对航天器动力学和控制提出了更严峻的挑战。每一位渴望从事航天科学技术及其应用的工程师和科学家,都必须首先钻研航天动力学和控制相关知识。
本书由来自加拿大瑞尔森大学、多伦多大学以及麦吉尔大学的三位老师共同编写而成,主要介绍了航天器轨道动力学、姿态动力学以及控制的基本原理;详细介绍了一些典型的控制系统设计知识;也探讨了航天器动力学和控制的实际应用问题,包括姿态传感器和驱动器的运行、数字控制实施问题以及未建模动力学对航天器姿态控制系统的影响;文中还给出了大量的图表,使读者能更好地了解书中的内容。
书中理论推导是严格的,但又是易懂和实用的。本书在结构以及理论深度上更像是一本教科书,重点是帮助读者掌握航天器轨道与姿态动力学及其控制的基本原理和方法,适于大学本科高年级或研究生低年级的学生使用,也可作为科研工作者了解航天器动力学与控制基础知识的参考资料。鉴于此,特将此书翻译成中文,以方便国内读者使用。
本书的出版得到了北京空间科技信息研究所、中国宇航出版社等单位的大力帮助,在此表示衷心的感谢。
由于时间仓促及编者水平有限,书中难免出现纰漏和错误,恳请读者不吝赐教。
梁宗闯
2017年3月
第1章 运动学
1.1 物理矢量
1.1.1 标量积
1.1.2 矢量积
1.1.3 其他有用的矢量恒等式
1.2 参考系和物理矢量坐标
1.2.1 矢量加法与标量乘积
1.2.2 标量积
1.2.3 矢量积
1.2.4 列矩阵特性
1.3 旋转矩阵
1.3.1 主轴旋转
1.3.2 广义旋转
1.3.3 欧拉角
1.3.4 四元数法
1.4 矢量微分
1.4.1 角速度
1.4.2 根据欧拉角速率求角速度
1.4.3 根据四元数律确定角速度
1.5 速度与加速度
1.6 角速度的更多严谨定义
1.7 注释
参考文献
第2章 刚体动力学
2.1 单个质点的动力学
2.2 质点系的动力学
2.3 刚体动力学
2.3.1 平动动力学
2.3.2 转动动力学
2.4 惯量矩阵
2.4.1 平行移轴定理
2.4.2 旋转变换定理
2.4.3 主轴
2.5 刚体的动能
2.6 注释
参考文献
第3章 开普勒二体问题
3.1 运动学方程
3.2 运动常量
3.2.1 轨道角动量
3.2.2 轨道能量
3.2.3 偏心率矢量
3.3 开普勒轨道形状
3.3.1 近心点坐标系
3.4 开普勒定律
3.5 飞行时间
3.5.1 圆轨道
3.5.2 椭圆轨道
3.5.3 抛物线轨道
3.5.4 双曲轨道
3.6 轨道要素
3. 6.1 日心-黄道坐标系
3.6.2 地心-赤道坐标系
3.6.3 总结
3.7 位置和速度已知条件下的轨道要素
3.8 位置和速度给出轨道要素
3.9 注释
参考文献
……
第4章 初步定轨
第5章 轨道机动
第6章 星际轨迹
第7章 轨道扰动
第8章 低推力轨道分析与设计
第9章 航天器编队飞行
第10章 受限制的三体问题
第11章 航天器姿态稳定导论
第12章 航天器上的干扰力矩
第13章 扭矩-自由姿态运动
第14章 自旋稳定
第15章 双自旋稳定
第16章 重力梯度稳定
第17章 主动航天器姿态控制
第18章 劳思稳定判据
第19章 根轨迹
第20章 应用根轨迹方法设计控制系统
第21章 频率响应
第22章 相对稳定性
第23章 频域控制系统设计
第24章 非线性航天器姿态控制
第25章 航天器导航
第26章 航天器姿态控制设计中的实际问题
附录A 复变量运算的复习
附录B 航天器运动的数值仿真
参考文献