太陽帆太空飛行器動力學與控制

內容簡介

本書為太空飛行器動力學與控制領域的專業書籍，介紹了一種特殊太空飛行器——太陽帆的動力學與控制問題，主要內容包括以下三大部分：(1)太陽帆軌道動力學，包括太陽帆的日心軌道、地心軌道和平動點附近的軌道以及太陽帆相對運動的動力學與穩定性分析；(2)太陽帆耦合動力學建模、分析和控制，包括軌道姿態柔性耦合動力學建模和控制器設計、利用耦合動力學進行太陽帆的被動穩定設計；(3)太陽帆的任務介紹，介紹了幾種太陽帆的潛在套用任務。本書可供從事太陽帆太空飛行器動力學與控制研究及太陽帆太空飛行器設計的相關人員參考使用。

前言

隨著航天技術的發展，近幾年深空探測成為了研究熱點，太陽帆作為一種新型的太空飛行器，它利用太陽光壓力進行推進，在深空探測中具有很大的潛在套用價值。但太陽帆通常具有很大的面質比，在動力學與控制方面與傳統太空飛行器存在較大差別，在理論和工程上都會面臨很多新的挑戰。本書作為太陽帆領域的專業書籍，主要闡述了太陽帆軌道姿態動力學的基礎知識和作者在研究中積累的太陽帆太空飛行器動力學與控制成果，包括太陽帆的軌道轉移設計、新型任務軌道設計、姿態軌道耦合動力學分析和控制設計、太陽帆軌道姿態柔性耦合動力學建模與控制設計、太陽帆編隊飛行的動力學分析和控制設計等，內容的具體安排如下：

第1章介紹了太陽帆技術的發展歷程。

第2章是太陽帆軌道動力學基礎，介紹了太陽帆在不同空間位置能形成的特殊軌道及其穩定性。

第3章是太陽帆轉移軌道設計，介紹了二體模型下的時間最優星際轉移軌道設計和限制性三體模型下的不變流形轉移軌道設計。

第4章是太陽帆耦合動力學建模與分析，介紹了太陽帆軌道姿態柔性耦合動力學建模方法、耦合動力學分析和基於耦合動力學的控制器設計。

第5章是太陽帆被動穩定設計，介紹了被動穩定的概念和被動穩定的設計準則，並針對日心懸浮軌道給出了不同的太陽帆設計方案。

第6章是太陽帆編隊飛行理論，介紹了太陽帆相對運動的穩定性條件和隊形的設計方法，並給出了不同編隊的控制方法。

第7章是太陽帆套用的介紹。

本書第2章軌道的基礎知識吸取了Colin McInnes編寫的Solar Sailing: Technology,Dynamics and Mission一書中的部分內容，第4章內容來自龔勝平、李青和張瑾博士論文的一部分，其他章節來自作者近幾年的研究成果。

由於全書公式和相應的符號較多，同一符號可能在不同的章節有不同的意義，請讀者在閱讀時注意書中對相應符號的說明。

感謝自然科學基金：深空探測中若干非線性動力學與控制問題（10832004）、太陽帆軌道姿態動力學與控制研究（10902056）、太陽帆精確動力學建模與參數識別（11272004）和中國民用航天對本書的資助。

由於水平有限，書中不妥之處懇請批評指正。

編者

太陽帆太空飛行器動力學與控制

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