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第1章 绪论1

1.1轨道机动与小推力技术1

1.2电推进技术的发展现状3

1.2.1电推进技术概况3

1.2.2三类主要的电推力器5

1.2.3电推进技术的应用15

1.3相关技术的国内外研究进展18

1.3.1小推力轨道转移技术18

1.3.2小推力轨道保持技术21

1.3.3人工特殊轨道实现技术24

参考文献29

第2章 小推力轨道机动基础理论34

2.1引言34

2.2电推进的基本原理34

2.2.1常推力电推力器的最优比冲34

2.2.2等加速度飞行时的最优质量比36

2.3径向常推力加速度的飞行轨道39

2.4切向常推力的飞行轨道43

2.4.1数值方法求解44

2.4.2近似方法求解46

2.5非共面圆轨道间的小推力转移轨道51

2.5.1轨道机动的摄动运动方程51

2.5.2问题的最优控制解53

2.5.3全电推进地球静止轨道卫星发射问题57

参考文献61

第3章 小推力转移轨道设计间接优化方法63

3.1引言63

3.2春分点轨道根数64

3.2.1春分点根数的定义64

3.2.2春分点根数与位置、速度的转换关系66

3.3春分点根数变分方程69

3.3.1变分方程的建立69

3.3.2位置关于春分点根数的偏导数70

3.3.3春分点根数关于速度的偏导数73

3.4最短时间转移轨道设计76

3.4.1最优控制问题描述76

3.4.2两点边值问题求解78

3.5算例仿真与分析82

3.5.1 LEO-GEO转移算例82

3.5.2地球-火星转移算例84

参考文献87

第4章 小推力机动轨道设计直接优化方法88

4.1引言88

4.2伪谱法89

4.2.1 Gauss伪谱法90

4.2.2其他伪谱法及对比92

4.2.3伪谱法初值的快速生成94

4.3运动合成法97

4.3.1基本思路97

4.3.2转移轨道的描述方式98

4.3.3小推力加速度的描述方式101

4.3.4非线性规划问题描述102

4.4算例仿真与分析103

4.4.1 Gauss伪谱法仿真算例103

4.4.2运动合成法仿真算例106

参考文献113

第5章 地球静止轨道卫星位置保持方法115

5.1引言115

5.2 GEO卫星摄动运动分析116

5.2.1摄动运动方程116

5.2.2地球非球形摄动118

5.2.3日月引力摄动122

5.2.4太阳光压摄动125

5.3南北方向位置保持方法128

5.3.1南北位置保持策略128

5.3.2相平面控制方法129

5.3.3仿真分析131

5.4东西方向位置保持策略133

参考文献136

第6章 无阻力卫星的轨道保持方法138

6.1引言138

6.2无阻力卫星的系统构成140

6.2.1无阻力卫星的控制系统140

6.2.2无阻力卫星的硬件系统142

6.3基于PID控制方法的位移控制模式147

6.3.1卫星运动方程147

6.3.2控制律设计150

6.3.3仿真分析151

6.4基于LQG控制方法的混合控制模式158

6.4.1线性化状态方程158

6.4.2控制律设计159

6.4.3仿真分析161

参考文献165

第7章 地月平动点轨道保持控制方法166

7.1引言166

7.2基本动力学模型与仿真约束167

7.2.1基本动力学模型167

7.2.2标称轨道171

7.2.3仿真约束和误差分布173

7.3平动点轨道保持的LQR方法174

7.3.1 LQR保持控制算法174

7.3.2 LQR保持控制仿真175

7.4平动点轨道保持的靶点法179

7.4.1靶点保持控制算法179

7.4.2靶点法保持控制仿真180

7.5平动点轨道保持的滑模控制方法183

7.5.1滑模保持控制算法183

7.5.2滑模保持控制仿真185

参考文献187

第8章 航天器编队飞行构型控制方法189

8.1引言189

8.2编队飞行的运动描述方法190

8.2.1动力学描述方法190

8.2.2运动学描述方法194

8.3编队飞行构型建立控制方法200

8.3.1相对轨道根数反馈控制律设计200

8.3.2发动机开关机控制203

8.3.3仿真分析204

8.4编队飞行构型保持控制方法211

8.4.1相对轨道根数反馈控制律设计211

8.4.2相对运动状态反馈控制律设计211

8.4.3仿真分析212

参考文献216

第9章 小推力快速绕飞轨道设计方法217

9.1引言217

9.2相对轨道设计的基本原理218

9.3二体模型下的快速绕飞轨道设计219

9.3.1绕飞轨道设计原理219

9.3.2燃耗计算与优化221

9.3.3仿真算例223

9.4考虑J2项影响的快速绕飞轨道设计226

9.4.1线性化运动方程227

9.4.2控制力方程233

9.4.3仿真算例233

参考文献236

第10章 小推力悬停轨道设计与控制方法237

10.1引言237

10.2椭圆悬停轨道设计238

10.2.1控制力方程与燃耗估算238

10.2.2仿真算例241

10.3基于LQR的悬停轨道控制方法246

10.3.1控制器设计246

10.3.2仿真算例247

10.3.3地球静止轨道悬停可行性分析251

10.4滑模变结构控制方法252

10.4.1基本原理252

10.4.2控制器设计254

10.4.3仿真算例255

10.5自适应无抖振滑模变结构控制方法259

10.5.1增广系统状态方程259

10.5.2控制器设计259

10.5.3仿真算例261

参考文献263

第11章 小推力人工特殊绝对轨道设计方法264

11.1引言264

11.2小推力绝对轨道设计原理265

11.3人工冻结轨道设计267

11.3.1控制方法267

11.3.2控制力的修正270

11.3.3仿真算例271

11.4人工太阳同步轨道设计275

11.4.1控制方法276

11.4.2控制力修正277

11.4.3仿真算例278

11.5人工太阳同步冻结轨道设计280

参考文献282