太空飛行器控制原理(西北工業大學建設的慕課)

太空飛行器控制原理課程是西北工業大學建設的慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程，於2014年09月16日首次在中國大學MOOC上開課。該課程授課教師是周軍、劉瑩瑩、黃河、劉睿等。據2022年4月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課8次。

該課程共十五周，主要包括緒論、太空飛行器軌道與軌道力學、太空飛行器姿態動力學、姿態敏感器、執行機構與控制器、太空飛行器的被動姿態穩定系統、太空飛行器姿態控制系統物理仿真實驗、太空飛行器的導航與制導等內容。

基本介紹

• 中文名：太空飛行器控制原理
• 類 別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
• 建設院校：西北工業大學
• 授課教師：周軍、劉瑩瑩、黃河、劉睿等
• 授課平台：中國大學MOOC
• 開課時間：2014年09月16日（首次）

課程性質

課程背景

航天，是一幅天人合一的畫卷。飛天，是人類自古以來的夢想。飛船，載著星輝般的夢駛向蒼穹。從萬戶飛天到嫦娥奔月，唯一不變的，是對星空的痴迷。經歷了1957年第一顆人造地球衛星發射、運載火箭發射、飛船對接、嫦娥探月、玉兔漫步、小行星探測、衛星組網等，都是靠太空飛行器的控制才能實現。

課程定位

太空飛行器控制原理課程是一門理論與實踐相結合的課程，通過該課程的學習，使學習者了解太空飛行器控制系統總體、原理、方法和發展方向。該課程為學習者掌握航天控制的專業知識提供系統的學習平台，也為從事該領域研究和工作的人員提供學習專業基礎知識的機會。

課程簡介

太空飛行器控制原理課程共十五周，涵蓋基礎知識和實驗教學兩部分內容。基礎知識部分包括世界航天技術發展的概況、太空飛行器軌道動力學與軌道描述、太空飛行器姿態動力學與運動學、太空飛行器控制系統組成與分類、被動姿態穩定系統、主動姿態控制系統、太空飛行器導航與制導方法等內容。實驗教學部分包括太空飛行器控制物理仿真實驗的基本原理、物理仿真系統的功能和力學環境、推力器執行機構工作模式的實驗驗證、撓性衛星穩定控制的物理仿真實驗、衛星大角度機動控制的物理仿真實驗等知識。

課程大綱

第一周 緒論 第一講 世界航天技術發展概況 第二講 太空飛行器的分類與系統組成 第三講 太空飛行器控制的基本概念 第二周 太空飛行器軌道與軌道力學（1） 第四講 軌道力學的基本定律 第五講 二體軌道力學和運動方程 第六講 太空飛行器軌道的幾何特性 太空飛行器軌道與軌道力學（1）單元測試 第三周 太空飛行器軌道與軌道力學（2） 第七講 太空飛行器的軌道描述 第八講 太空飛行器的軌道攝動 第九講 相對軌道動力學 太空飛行器軌道與軌道力學（2）單元測試 第四周 太空飛行器姿態動力學 第十講 太空飛行器姿態運動學 第十一講 太空飛行器的姿態動力學 第十二講 姿態干擾力矩 太空飛行器姿態動力學單元測試 第五周 姿態敏感器 第十三講 姿態敏感器（1） 第十四講 姿態敏感器（2） 太空飛行器姿態敏感器單元測試 第六周 執行機構與控制器 第十五講 執行機構 第十六講 控制器與姿態控制系統的分類 執行機構與控制器單元測試 第七周 太空飛行器的被動姿態穩定系統（一） 第十七講 自旋衛星的穩定性 第十八講 自旋衛星的章動性 第十九講 自旋衛星的姿態機動 衛星姿態被動控制單元測試

第八周 太空飛行器的被動姿態穩定系統（二） 第二十講 重力梯度穩定系統 第二十一講 重力梯度穩定衛星 衛星姿態被動控制（二）單元測試 第九周 太空飛行器主動姿態控制系統（一） 第二十二講 噴氣姿態控制系統 第二十三講 噴氣推力器系統 太空飛行器主動姿態控制系統（一）單元測驗 第十周 太空飛行器主動姿態控制系統（二） 第二十四講 飛輪姿態控制 第二十五講 偏置動量輪與控制力矩陀螺* 第二十六講 太空飛行器姿態捕獲 太空飛行器主動姿態控制系統（二）單元測驗 第十一周 太空飛行器姿態控制系統物理仿真實驗 第二十七講 太空飛行器物理仿真技術 第二十八講 物理仿真實驗系統 第二十九講 太空飛行器姿態控制物理仿真實驗 太空飛行器姿態控制系統物理仿真實驗 單元測驗 第十二周 太空飛行器的導航與制導 （一） 第三十講 太空飛行器導航的概念與分類 第三十一講 太空飛行器的軌道機動與軌道保持 太空飛行器的導航與制導（一） 單元測驗 第十三周 太空飛行器的導航與制導（二） 第三十二講 太空飛行器的相對位置控制 第三十三講 太空飛行器的再入返回控制 第三十四講 星際飛行的導航與制導 太空飛行器的導航與制導（二） 單元測驗 第十四周 載人飛船與太空梭控制技術 第三十五講 載人飛船控制技術 第三十六講 太空梭的制導與控制 第十五周 空間站與微小衛星控制技術 第三十七講 空間站的控制技術 第三十八講 微小衛星控制技術

（註：課程大綱排版從左到右列）

開課信息

開課次數	開課時間	授課教師	學時安排	參與人數
第1次開課	2014年09月16日~2015年01月16日	周軍、劉瑩瑩、黃河、劉睿、於曉洲、郭建國	4學時每周	3533
第2次開課	2015年09月15日~2016年01月20日			4926
第3次開課	2016年09月12日~2016年12月29日		3-5小時每周	2720
第4次開課	2017年09月11日~2018年01月12日			5827
第5次開課	2018年09月17日~2019年01月18日			4784
第6次開課	2019年09月09日~2020年01月17日	周軍、劉瑩瑩、黃河、劉睿、郭建國		4785
第7次開課	2020年09月14日~2021年01月26日	周軍、劉瑩瑩、黃河、劉睿		1997
第8次開課	2021年09月13日~2022年01月27日			1991

教學目標

了解航天技術發展概況，掌握太空飛行器軌道與姿態運動學、動力學，掌握太空飛行器控制系統基本組成，掌握太空飛行器軌道與姿態控制系統基本工作原理，初步具備太空飛行器控制系統設計與分析能力。

學習預備

• 預備知識

學習太空飛行器控制原理課程需要先修高等數學、理論力學、自動控制原理等課程。

• 學習資料

書名	作者	出版時間	出版社
《太空飛行器姿態與軌道控制原理》	周軍、劉瑩瑩等	2016年	西北工業大學出版社
《太空飛行器控制原理》	周軍	2001年
《衛星軌道姿態動力學與控制》	章仁為	1998年	北京航空航天大學出版社
《近地太空飛行器軌道基礎》	郗曉寧、王威等	2003年	國防科技大學出版社
《航天動力學引論》	劉林、胡松傑、王歆	2006年	南京大學出版社
《衛星姿態動力學與控制》	屠善澄	1999年	宇航出版社
Spacecraft Dynamics and Control	Marcel J. Sidi	2000年	Cambridge University Press
Space vehicle dynamics and control	Bong Wie	2008年	AIAA Inc
Spacecraft system engineering	Peter Fortescue	2003年	John Wiley and Sons Ltd
Orbital mechanics for engineering students	Howard D. Curtis	2010年	Elsevier Ltd

所獲榮譽

2017年12月26日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家精品線上開放課程”。

2020年11月24日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家級一流本科課程”。

教師簡介

周軍，西北工業大學航天學院導航、制導與控制學科教授，研究方向：飛行器精確制導與控制、太空飛行器動力學與控制、微納衛星技術等。

劉瑩瑩，西北工業大學航天學院教授，主講課程：太空飛行器姿態動力學與控制、太空飛行器姿態控制系統物理仿真、太空飛行器軌道動力學與控制。

黃河，西北工業大學航天學院副教授，研究方向：微小衛星集群與組網技術與微小衛星空間科學探測。

劉睿，西北工業大學航天學院副研究員，研究方向：太空飛行器姿態與軌道控制。

於曉洲，西北工業大學航天學院副教授，陝西省微小衛星工程實驗室副主任。

郭建國，西北工業大學航天學院教授，研究方向：飛行器精確制導控制與仿真技術，先進控制理論與套用。