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第1章 平动点应用概论1

1.1 平动点的基本概念1

1.2 平动点的任务计划与展望2

1.2.1 平动点的任务计划2

1.2.2 平动点的未来任务展望37

1.3 平动点应用的理论基础38

参考文献39

第2章 平动点动力学基础45

2.1 引言45

2.2 N体问题简介46

2.2.1 N体问题的动力学方程46

2.2.2 N体问题的初积分46

2.3 圆型限制性三体问题简介48

2.3.1 动力学方程49

2.3.2 Jacobi积分与力场特性50

2.3.3 平动点52

2.3.4 平动点的稳定性判别54

参考文献57

第3章 平动点周期轨道的求解与特性分析58

3.1 引言58

3.2 周期轨道的定义与延拓59

3.2.1 周期轨道的定义59

3.2.2 利用特征乘子的周期轨道解延拓方法61

3.3 平动点周期轨道的分析解62

3.3.1 平动点周期轨道的线性近似解63

3.3.2 平动点周期轨道的三阶近似解64

3.4 平动点周期轨道的数值求解66

3.4.1 Lyapunov轨道的微分校正计算67

3.4.2 Halo轨道的微分校正计算68

3.4.3 Vertical轨道的微分校正计算69

3.4.4 Axial轨道的微分校正计算71

3.5 平动点周期轨道的特性分析72

3.5.1 不变流形73

3.5.2 分岔74

3.5.3 稳定性79

参考文献80

第4章 平动点轨道的摄动分析与控制83

4.1 引言83

4.2 平动点动力学摄动建模与分析84

4.2.1 平动点航天器的受摄动力学模型84

4.2.2 第四体引力摄动分析86

4.3 平动点周期轨道的捕获与保持90

4.3.1 靶点法简介90

4.3.2 Halo轨道捕获控制91

4.3.3 Halo轨道保持控制92

4.4 平动点轨道的转移机动94

4.4.1 基于线性化的冲量控制方法94

4.4.2 基于三体Lambert问题的方法97

参考文献99

第5章 平动点航天器编队自然构型分析与重构控制102

5.1 引言102

5.2 平动点轨道相对运动动力学建模103

5.2.1 平动点轨道相对运动动力学建模103

5.2.2 Halo轨道相对运动的三阶近似解104

5.3 平动点轨道相对运动的自然构型分析106

5.3.1 同振幅Halo轨道编队构型106

5.3.2 同相位Halo轨道编队构型108

5.3.3 不同振幅、不同相位条件下的Halo轨道编队构型112

5.4 基于正则变换理论的平动点编队构型重构最优控制114

5.4.1 Hamilton原理与最优控制问题115

5.4.2 平动点编队构型重构最优控制问题的正则方程120

5.4.3 生成函数的近似求解方法121

5.4.4 基于生成函数的平动点编队构型重构最优控制律生成126

5.4.5 Halo轨道编队构型重构最优控制仿真128

参考文献131

第6章 平动点航天器编队有控构型设计与多模态控制133

6.1 引言133

6.2 平动点轨道运动的模态分析134

6.2.1 平动点周期轨道的Floquet模态134

6.2.2 平动点周期轨道的Floquet模态特性分析135

6.3 基于Floquet模态的平动点轨道相对运动构型设计137

6.3.1 平动点周期轨道相对运动的Floquet模态分解137

6.3.2 基于Floquet模态的平动点编队构型设计139

6.4 基于Floquet模态的平动点编队构型控制142

6.4.1 Floquet冲量控制策略及理论分析142

6.4.2 基于Floquet模态的构型保持控制方法145

6.4.3 基于Floquet模态构型捕获与重构控制方法148

参考文献156

第7章 平动点航天器姿态动力学建模与稳定性分析158

7.1 引言158

7.2 带偏置动量轮的平动点航天器姿态运动建模159

7.2.1 动力学建模159

7.2.2 动力学模型化简161

7.3 平动点处的姿态稳定性分析162

7.3.1 平动点附近航天器的姿态稳定性判据162

7.3.2 地月L1平动点处航天器的姿态稳定性仿真分析164

7.3.3 姿态稳定性的解析分析165

7.4 平动点周期轨道上航天器姿态稳定性分析166

7.4.1 平动点周期轨道的航天器姿态运动仿真分析166

7.4.2 平动点周期轨道航天器姿态稳定性的分析方法168

7.4.3 方法比较与运动机理分析172

参考文献175

第8章 平动点航天器交会对接的六自由度耦合控制177

8.1 引言177

8.2 平动点交会对接航天器的六自由度动力学模型178

8.2.1 坐标系定义178

8.2.2 相对运动轨道动力学方程179

8.2.3 姿态动力学模型179

8.3 平动点交会对接航天器的自主视线控制原理181

8.3.1 追踪航天器的星载测量装置181

8.3.2 自主交会的视线控制原理182

8.3.3 N％制导方法183

8.4 状态观测器及控制器设计184

8.4.1 轨道相对速度观测器185

8.4.2 轨道相对运动控制器186

8.4.3 姿态角速度观测器187

8.4.4 姿态跟踪控制器188

8.5 Halo轨道交会对接航天器的近程制导与控制仿真189

8.5.1 仿真条件设置189

8.5.2 仿真结果与分析190

参考文献195

第9章 平动点导航星座设计与分析196

9.1 引言196

9.2 美国空间通信与导航体系规划和平动点星座197

9.2.1 美国空间通信与导航体系规划197

9.2.2 利用平动点星座的月球导航方案198

9.3 地月平动点卫星导航系统初步设计201

9.3.1 平动点卫星导航系统原理201

9.3.2 地月平动点导航星座的设计步骤与要素分析202

9.3.3 平动点导航星座的概要设计204

9.3.4 结论211

参考文献211

附录A Halo轨道三阶近似解系数214

附录B 主要常数217

索引218