1.3?本書的主要內容

本書主要是針對深空探測這一大背景,圍繞制導這一核心問題展開。本書開篇首先對制導控制技術的理論基礎進行了簡單的回顧;之后以深空探測轉移接近捕獲、月球下降著陸、火星進入過程以及地球返回再入過程為代表,詳細介紹在這四個階段中所使用的具體的制導控制技術和方法;接下來對制導控制技術的地面試驗方法進行概述;最后對未來深空制導控制技術的發展趨勢進行歸納和總結。具體章節安排如下。

第2章介紹深空探測制導控制技術的動力學基礎,描述主要的坐標系統、時間系統,之后在天體引力模型的基礎上給出深空探測器的軌道動力學模型。

第3章簡單介紹最優控制理論。利用化學能推進系統的深空探測器,在使用自身發動機完成軌道控制過程以及下降、上升過程時,必須考慮推進劑消耗最優或時間最短,以盡量減少工程設計的難度和延長探測器的任務周期。最優控制理論是很多制導方法推導的基礎。

第4章是星際轉移和捕獲中的制導和控制技術。對于轉移過程,介紹了轉移過程的B平面制導基礎,給出了脈沖推力和連續推力軌道修正方法,以及發動機推力的在軌標定方法。對于捕獲過程,介紹了大推力的制動捕獲方法,利用目標天體大氣摩擦的氣動捕獲方法,以及自主實施捕獲軌道控制策略規劃的方法。

第5章是月球軟著陸的制導和控制技術。在這一章,遵照月球軟著陸制導控制技術發展的歷程,將著陸制導按照不含燃料約束的制導方法、燃料最優的制導方法以及定點著陸任務的制導方法這三個層次展開。分別對應月球著陸探測的早期狀態、當前水平以及未來的發展方向。

第6章是火星進入過程的制導和控制技術。本章主要根據火星大氣進入階段的任務特點,針對制導設計所面臨的難點問題,詳細地描述了兩類制導方法的設計過程,分別為基于標稱軌跡設計的解析預測校正制導方法和基于阻力剖面跟蹤的魯棒制導方法。

第7章是高速返回地球再入過程的制導和控制技術。本章分析了高速返回再入任務的特點和軌跡特性,概述了標準軌道再入制導方法和預測校正再入制導方法在針對高速返回任務時的設計難點,同時針對難點問題逐個給出了可行的設計方法和應用實例。

第8章介紹的是深空探測制導控制技術的地面試驗情況。深空探測所涉及的制導控制技術在地面驗證的最大困難就是動力學環境不一樣,為此需要在地面搭建大型試驗設施甚至直接進行飛行驗證。在具體內容上,本章將以月球著陸和地球返回為例介紹地面試驗的開展情況。

第9章是對深空探測航天器制導控制技術發展的展望。在這一章中對深空探測制導控制技術的發展歷程進行了簡單的回顧,在分析未來深空探測任務需要的基礎上,結合相關理論技術的進展,提出深空探測制導控制技術四個發展趨勢。