《太空飛行器自動交會對接》主要介紹了太空飛行器交會對接過程中的逼近策略、對接接觸策略和整個過程中的系統概念，意在回答航天工程技術人員著重關心的問題，如：對接太空飛行器是如何接近目標太空飛行器的；執行自動交會對接時所需哪些船載技術；地面控制人員利用哪些設備監控對接過程；發射前怎樣驗證和確認所有交會對接系統、對接設備和各種功能操作的正確性。作者韋格伯特·費熱先生曾是歐洲空間局導航與制導部門的負責人、資深交會對接專家，參與過多個國際空間合作項目，包括歐洲自動貨運飛船和研發中的國際空間站乘員運送飛船。
基本介紹
- 中文名：太空飛行器自動交會對接
- 作者：韋格伯特·費熱 吳樹范
- 出版日期：2013年12月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：7515900113
- 出版社：中國宇航出版社
- 頁數：528頁
- 開本：32
基本介紹,內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
基本介紹
內容簡介
《太空飛行器自動交會對接》可供航天領域的工程技術人員閱讀，也可作為高等院校航天專業的教材和參考用書。
作者簡介
作者：（德國）韋格伯特·費熱 譯者：王忠貴 李程 董能力 袁永剛
圖書目錄
第1章 緒論
1.1 背景
1.2 交會過程的複雜性
1.3 目的和範圍
第2章 交會任務的各個階段
2.1 發射和入軌
2.1.1 發射視窗
2.1.2 軌道面和軌道參數的定義
2.1.3 發射作業的適應度
2.1.4 發射末段太空飛行器的狀態
2.2 調相併轉移到目標太空飛行器軌道附近
2.2.1 調相的目標和終了狀態
2.2.2 修正時間偏差和軌道參數
2.2.3 交會中參考坐標系
2.2.4 前向/反向調相
2.2.5 各個任務階段的不同調相策略
2.2.6 初始瞄準點的定位
2.2.7 進入門替代瞄準點方案
2.2.8 開環機動的最終精度
2.3 遠程交會作業
2.3.1 遠程交會的目的和目標
2.3.2 交會時的相對導航
2.3.3 軌道因素和彈性時間因素
2.3.4 與目標太空飛行器的通信聯繫
2.4 近程交會操作
2.4.1 接近
2.4.2 最後逼近
2.5 對接或停靠
2.5.1 目標和終極條件
2.5.2 關於捕獲問題的討論
2. 6撤離
2.6.1 撤離段的目標和終端條件
2.6.2 撤離的限制和問題
第3章 軌道動力學和軌道要素
3.1 參考坐標系
3.1.1 地心赤道坐標系Feq
3.1.2 軌道平面坐標系Fop
3.1.3 太空飛行器本體軌道坐標系Flo
3.1.4 太空飛行器姿態坐標系Fa
3.1.5 太空飛行器幾何坐標系Fge
3.2 軌道動力學
3.2.1 圍繞某一中心體的軌道運動
3.2.2 軌道修正
3.2.3 在目標參考坐標系中的運動方程
3.3 關於軌道類型的討論
3.3.1 自由漂移運動
3.3.2 脈衝機動
3.3.3 連續推力機動
3.4 關於運動方程的總結
第4章 逼近安全和避撞
4.1 軌道安全與軌跡偏離
4.1.1 故障公差和軌道設計要求
4.1.2 軌道安全的設計原則
4.1.3 軌道偏差的成因
4.2 軌道攝動
4.2.1 殘留大氣的阻力
4.2.2 地球勢能異常產生的攝動
4.2.3 太陽壓力
4.2.4 羽流在追蹤太空飛行器和目標太空飛行器之間的動態作用
4.3 太空飛行器系統產生的軌道偏差
4.3.1 導航偏差引起的軌道偏差
4.3.2 推進偏差引起的軌道偏差
4.3.3 推進器故障導致的軌道偏差
4.4 軌道偏差的防護措施
4.4.1 主動軌道保護
4.4.2 被動軌道保護
4.5 避撞機動
第5章 逼近策略的設計因素
5.1 逼近策略的約束條件概述
5.2 發射和調相的約束
5.2.1 交點的漂移
5.2.2 到達時間的調整
5.3 幾何約束和設備約束
5.3.1 目標捕獲接口的位置和方向
5.3.2 交會敏感器的作用範圍
5.4 同步監控的需要
5.4.1 日光照明
5.4.2 通信視窗
5.4.3 航天員的活動
5.4.4 調相和逼近中的時間—彈性因素
5.5 船載資源和操作儲備
5.6 由目標站確定的逼近原則
5.7 逼近方案實例
5.7.1 逼近方案：案例1
5.7.2 逼近方案：案例2
5.7.3 逼近方案：案例3
第6章 太空飛行器船載交會控制系統
6.1 任務和功能
6.2 制導、導航和控制
6.2.1 導航濾波器
6.2.2 制導功能
6.2.3 控制功能
6.3 模式排序和設備管理
6.4 故障識別和修復概念
6.5 與自動系統的遠程互動
6.5.1 與GNC功能的互動
6.5.2 對自動GNC系統的人工狀態更新
6.5.3 人工在迴路的自動GNC系統
第7章 交會導航敏感器
7.1 基本的測量需求和概念
7.1.1 測量需求
7.1.2 測量原理
7.2 射頻敏感器
7.2.1 距離和距離變化率的測量原理
7.2.2 方向和相對姿態的測量原理
7.2.3 測量環境和干擾
7.2.4 對射頻敏感器套用的綜合評估
7.2.5 實例：俄羅斯Kurs系統
7.3 絕對衛星導航和相對衛星導航
7.3.1 導航衛星系統簡介
7.3.2 用戶部分的導航處理
7.3.3 差分GPS和相對GPS的功能原理
7.3.4 測量環境和干擾
7.3.5 空間交會對接中衛星導航的總體評估
7.4 光學交會敏感器
7.4.1 雷射掃描測距儀
7.4.2 攝像交會敏感器
7.4.3 測量環境和干擾
7.4.4 對交會光學敏感器的總體評估
第8章 結構對接系統
8.1 對接和停靠的基本概念
8.1.1 對接操作
8.1.2 停靠操作
8.1.3 對接和停靠的共同點和主要不同點
8.2 對接和停靠裝置類型
8.2.1 設計動因
8.2.2 中心對接裝置和周邊對接裝置的比較
8.2.3 對接裝置的異體同構設計
8.2.4 非加壓的對接/停靠裝置
8.2.5 對接和停靠裝置舉例
8.3 接觸動力學/捕獲
8.3.1 接觸時的動量轉換
8.3.2 衝擊減振動力學
8.3.3 動量轉換和衝擊減振舉例
8.3.4 捕獲中衝擊減振裝置和對準裝置
8.3.5 捕獲裝置
8.3.6 GNC和對接系統的接口
8.4 最終連線的組件
8.4.1 結構鎖
8.4.2 密封
第9章 空間和地面的系統設定
9.1 空間和地面段的功能和任務
9.1.1 交會任務中的一般系統設定
9.1.2 控制職責和控制級別
9.2 地面段對RVD的監視和控制
9.2.1 監管控制的概念
9.2.2 地面操作員所用的支持工具的功能
9.2.3 目標站航天員的監測和控制功能
9.3 通信限制
9.3.1 數據傳遞的可靠性
9.3.2 數據傳輸限制
第10章 驗證與確認
10. 1驗證與確認的局限性
10.2 開發過程中的RVD驗證/確認方法
10.2.1 交會和對接的獨有特性
10.2.2 開發周期中的驗證階段
10.3 驗證的方法和工具
10.3.1 任務定義和可行性分析階段
10.3.2 設計階段
10.3.3 開發階段
10.3.4 操作方法和遠程操作員工具的驗證
10.3.5 飛行產品生產階段
10.4 飛船部件和軌道環境的數學建模
10.4.1 用於RV控制系統測試的環境仿真的數學建模
10.4.2 接觸動力學仿真的建模
10.5 模型、工具和設備的確認
10.5.1 GNC環境仿真模型的確認
10.5.2 接觸動力學仿真模型的確認
10.5.3 仿真項目和激勵設備的確認
10.6 RVD的主要仿真器和設備
10.6.1 基於數學建模的驗證設備
10.6.2 光學敏感器激勵設備的實例
10.6.3 對接的動態激勵設備
10.7 RVD/B技術的在軌演示
10.7.1 在軌演示的目的和局限
10.7.2 關鍵特徵和裝備的演示
10.7.3 RV系統和操作的在軌演示
附錄A 運動動力學（FinnAnkersen著）
A.1 圓軌道的相對運動方程
A.1.1 一般系統的微分方程
A.1.2 近似解
A.1.3 特殊解
A.1.4 離散時間狀態空間系統
A.1.5 移動橢圓公式
A.2 姿態動力學和運動學
A.2.1 方向餘弦矩陣（DCM）
A.2.2 非線性動力學
A.2.3 非線性運動學
A.2.4 線性運動學和動力學姿態模型
附錄B 現有飛行器的交會策略
B.1 太空梭
B.2 聯盟號（Soyuz）/進步號（Progress）
附錄C ISS背景下的交會飛行器
C.1 國際空間站
C.2 俄羅斯和平號空間站
C.3 太空梭
C.4 聯盟號飛船
C.5 進步號飛船
C.6 歐洲自動貨運飛船（ATV）
C.7 H—Ⅱ型貨運飛船（HTV）
簡稱與縮略語
專業術語
1.1 背景
1.2 交會過程的複雜性
1.3 目的和範圍
第2章 交會任務的各個階段
2.1 發射和入軌
2.1.1 發射視窗
2.1.2 軌道面和軌道參數的定義
2.1.3 發射作業的適應度
2.1.4 發射末段太空飛行器的狀態
2.2 調相併轉移到目標太空飛行器軌道附近
2.2.1 調相的目標和終了狀態
2.2.2 修正時間偏差和軌道參數
2.2.3 交會中參考坐標系
2.2.4 前向/反向調相
2.2.5 各個任務階段的不同調相策略
2.2.6 初始瞄準點的定位
2.2.7 進入門替代瞄準點方案
2.2.8 開環機動的最終精度
2.3 遠程交會作業
2.3.1 遠程交會的目的和目標
2.3.2 交會時的相對導航
2.3.3 軌道因素和彈性時間因素
2.3.4 與目標太空飛行器的通信聯繫
2.4 近程交會操作
2.4.1 接近
2.4.2 最後逼近
2.5 對接或停靠
2.5.1 目標和終極條件
2.5.2 關於捕獲問題的討論
2. 6撤離
2.6.1 撤離段的目標和終端條件
2.6.2 撤離的限制和問題
第3章 軌道動力學和軌道要素
3.1 參考坐標系
3.1.1 地心赤道坐標系Feq
3.1.2 軌道平面坐標系Fop
3.1.3 太空飛行器本體軌道坐標系Flo
3.1.4 太空飛行器姿態坐標系Fa
3.1.5 太空飛行器幾何坐標系Fge
3.2 軌道動力學
3.2.1 圍繞某一中心體的軌道運動
3.2.2 軌道修正
3.2.3 在目標參考坐標系中的運動方程
3.3 關於軌道類型的討論
3.3.1 自由漂移運動
3.3.2 脈衝機動
3.3.3 連續推力機動
3.4 關於運動方程的總結
第4章 逼近安全和避撞
4.1 軌道安全與軌跡偏離
4.1.1 故障公差和軌道設計要求
4.1.2 軌道安全的設計原則
4.1.3 軌道偏差的成因
4.2 軌道攝動
4.2.1 殘留大氣的阻力
4.2.2 地球勢能異常產生的攝動
4.2.3 太陽壓力
4.2.4 羽流在追蹤太空飛行器和目標太空飛行器之間的動態作用
4.3 太空飛行器系統產生的軌道偏差
4.3.1 導航偏差引起的軌道偏差
4.3.2 推進偏差引起的軌道偏差
4.3.3 推進器故障導致的軌道偏差
4.4 軌道偏差的防護措施
4.4.1 主動軌道保護
4.4.2 被動軌道保護
4.5 避撞機動
第5章 逼近策略的設計因素
5.1 逼近策略的約束條件概述
5.2 發射和調相的約束
5.2.1 交點的漂移
5.2.2 到達時間的調整
5.3 幾何約束和設備約束
5.3.1 目標捕獲接口的位置和方向
5.3.2 交會敏感器的作用範圍
5.4 同步監控的需要
5.4.1 日光照明
5.4.2 通信視窗
5.4.3 航天員的活動
5.4.4 調相和逼近中的時間—彈性因素
5.5 船載資源和操作儲備
5.6 由目標站確定的逼近原則
5.7 逼近方案實例
5.7.1 逼近方案：案例1
5.7.2 逼近方案：案例2
5.7.3 逼近方案：案例3
第6章 太空飛行器船載交會控制系統
6.1 任務和功能
6.2 制導、導航和控制
6.2.1 導航濾波器
6.2.2 制導功能
6.2.3 控制功能
6.3 模式排序和設備管理
6.4 故障識別和修復概念
6.5 與自動系統的遠程互動
6.5.1 與GNC功能的互動
6.5.2 對自動GNC系統的人工狀態更新
6.5.3 人工在迴路的自動GNC系統
第7章 交會導航敏感器
7.1 基本的測量需求和概念
7.1.1 測量需求
7.1.2 測量原理
7.2 射頻敏感器
7.2.1 距離和距離變化率的測量原理
7.2.2 方向和相對姿態的測量原理
7.2.3 測量環境和干擾
7.2.4 對射頻敏感器套用的綜合評估
7.2.5 實例：俄羅斯Kurs系統
7.3 絕對衛星導航和相對衛星導航
7.3.1 導航衛星系統簡介
7.3.2 用戶部分的導航處理
7.3.3 差分GPS和相對GPS的功能原理
7.3.4 測量環境和干擾
7.3.5 空間交會對接中衛星導航的總體評估
7.4 光學交會敏感器
7.4.1 雷射掃描測距儀
7.4.2 攝像交會敏感器
7.4.3 測量環境和干擾
7.4.4 對交會光學敏感器的總體評估
第8章 結構對接系統
8.1 對接和停靠的基本概念
8.1.1 對接操作
8.1.2 停靠操作
8.1.3 對接和停靠的共同點和主要不同點
8.2 對接和停靠裝置類型
8.2.1 設計動因
8.2.2 中心對接裝置和周邊對接裝置的比較
8.2.3 對接裝置的異體同構設計
8.2.4 非加壓的對接/停靠裝置
8.2.5 對接和停靠裝置舉例
8.3 接觸動力學/捕獲
8.3.1 接觸時的動量轉換
8.3.2 衝擊減振動力學
8.3.3 動量轉換和衝擊減振舉例
8.3.4 捕獲中衝擊減振裝置和對準裝置
8.3.5 捕獲裝置
8.3.6 GNC和對接系統的接口
8.4 最終連線的組件
8.4.1 結構鎖
8.4.2 密封
第9章 空間和地面的系統設定
9.1 空間和地面段的功能和任務
9.1.1 交會任務中的一般系統設定
9.1.2 控制職責和控制級別
9.2 地面段對RVD的監視和控制
9.2.1 監管控制的概念
9.2.2 地面操作員所用的支持工具的功能
9.2.3 目標站航天員的監測和控制功能
9.3 通信限制
9.3.1 數據傳遞的可靠性
9.3.2 數據傳輸限制
第10章 驗證與確認
10. 1驗證與確認的局限性
10.2 開發過程中的RVD驗證/確認方法
10.2.1 交會和對接的獨有特性
10.2.2 開發周期中的驗證階段
10.3 驗證的方法和工具
10.3.1 任務定義和可行性分析階段
10.3.2 設計階段
10.3.3 開發階段
10.3.4 操作方法和遠程操作員工具的驗證
10.3.5 飛行產品生產階段
10.4 飛船部件和軌道環境的數學建模
10.4.1 用於RV控制系統測試的環境仿真的數學建模
10.4.2 接觸動力學仿真的建模
10.5 模型、工具和設備的確認
10.5.1 GNC環境仿真模型的確認
10.5.2 接觸動力學仿真模型的確認
10.5.3 仿真項目和激勵設備的確認
10.6 RVD的主要仿真器和設備
10.6.1 基於數學建模的驗證設備
10.6.2 光學敏感器激勵設備的實例
10.6.3 對接的動態激勵設備
10.7 RVD/B技術的在軌演示
10.7.1 在軌演示的目的和局限
10.7.2 關鍵特徵和裝備的演示
10.7.3 RV系統和操作的在軌演示
附錄A 運動動力學（FinnAnkersen著）
A.1 圓軌道的相對運動方程
A.1.1 一般系統的微分方程
A.1.2 近似解
A.1.3 特殊解
A.1.4 離散時間狀態空間系統
A.1.5 移動橢圓公式
A.2 姿態動力學和運動學
A.2.1 方向餘弦矩陣（DCM）
A.2.2 非線性動力學
A.2.3 非線性運動學
A.2.4 線性運動學和動力學姿態模型
附錄B 現有飛行器的交會策略
B.1 太空梭
B.2 聯盟號（Soyuz）/進步號（Progress）
附錄C ISS背景下的交會飛行器
C.1 國際空間站
C.2 俄羅斯和平號空間站
C.3 太空梭
C.4 聯盟號飛船
C.5 進步號飛船
C.6 歐洲自動貨運飛船（ATV）
C.7 H—Ⅱ型貨運飛船（HTV）
簡稱與縮略語
專業術語
