航天器交会对接任务分析与设计 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:张柏楠

出品人:

页数:463

译者:

出版时间:2011-6

价格:100.00元

装帧:

isbn号码:9787030304162

丛书系列:

图书标签:

航天与宇航科技工程
航天
交会对接
专业
Dynamic_Programming
航天器
交会对接
空间技术
任务规划
系统设计
控制工程
轨道力学
飞行器工程
航天工程
自动控制

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具体描述

《航天器交会对接任务分析与设计》是交会对接技术领域的一本专著。全书分为8章，主要内容包括：交会对接的基本概念、发展历史和发展趋势；空间交会问题的动力学理论；目标器轨道的选择问题和调相策略；远程段交会的标称、偏差和故障对策；近距离导引段的偏差、故障对策和安全问题；最后逼近段的控制策略与安全问题；对接动力学对相对运动状态的影响问题；撤离段的方案设计与分析等。

《航天器交会对接任务分析与设计》全面系统地阐述了考虑各种工程约束情况下的交会对接运动控制特性、方法和策略，其理论与实际结合紧密，具有较强的前沿性和实用性，可供从事航天任务设计的研究人员和工程设计人员参考，也可作为高等院校飞行器设计及相关专业研究生和本科高年级学生的教材。

复杂系统工程学基础与应用前沿：面向先进制造与智能控制的系统级解决方案本书简介本书旨在为读者提供一个全面、深入且具有前瞻性的复杂系统工程学视角，聚焦于从理论建模到实际工程应用的全链条知识体系构建。不同于侧重单一技术领域的专著，本书采取系统论的宏观视野，将工程实践中的核心挑战——即如何有效管理、设计和优化高度集成、多约束耦合的复杂系统——作为贯穿始终的主线。全书内容精心组织，分为基础理论、核心方法、典型应用与未来趋势四大板块，力求在夯实读者系统思维根基的同时，引领其探索当前工程领域的最前沿热点。第一部分：复杂系统工程理论基石本部分详细阐述了复杂系统工程学的基本概念、哲学思想及其在现代工程实践中的定位。我们首先界定了“复杂性”的量化标准，包括但不限于系统维度、非线性和不确定性。随后，深入探讨了系统思维的层次结构，从单元分析到子系统集成，再到整体性能涌现的原理。重点内容包括： 1. 系统论的现代诠释：讨论经典控制论、耗散结构理论（Prigogine）与自组织理论（Haken）如何为复杂系统分析提供理论工具箱。 2. 系统建模与抽象：详述了从物理模型到功能模型，再到行为模型的系统描述方法。重点介绍了多尺度建模（Multi-Scale Modeling）的技术路线，解释了如何通过恰当的抽象层次来平衡模型的精确性与计算效率，以适应工程设计迭代的快速需求。 3. 约束与权衡分析（Trade-off Analysis）：系统工程的核心在于管理相互冲突的需求。本章系统梳理了需求分解、需求优先级排序（如使用AHP或TOPSIS方法），以及在资源有限前提下进行性能、成本、时间等关键约束的优化权衡技术。第二部分：复杂系统设计与分析的核心方法论本部分是本书的工程实践核心，聚焦于将理论转化为可执行的设计流程和分析工具。 1. 面向模型的系统工程（MBSE）：详细介绍了MBSE的范式转变，强调了使用统一的语义框架（如SysML语言）进行系统架构定义、行为建模和验证。通过具体的案例分析，展示了如何利用SysML构建从概念阶段到部署阶段的完整数字主线（Digital Thread）。 2. 系统集成与接口管理：在多学科、多供应商协作的大型项目中，接口的模糊性是系统失效的主要源头。本章深入探讨了系统集成策略，包括自顶向下与自底向上的集成路径选择，以及严格的接口控制文档（ICD）管理流程与冲突解决机制。 3. 系统可靠性、可维护性与安全性（RMS）：探讨了将RMS指标内建于设计之初的“前置设计”理念。内容涵盖了故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）、FMEA（失效模式与影响分析）的深度应用，以及如何利用马尔可夫链模型对系统的动态可靠性进行评估。第三部分：面向智能化的系统级解决方案随着信息技术的深入融合，现代复杂系统正加速向“智能系统”演进。本部分专注于介绍如何将人工智能与先进控制理论应用于系统优化。 1. 智能控制系统的架构设计：讨论了自适应控制、鲁棒控制与预测控制（MPC）在应对系统内部参数变化和外部环境扰动时的适用性。特别关注了如何设计一个分层递阶的控制架构，确保底层执行的实时性和高层决策的全局优化。 2. 数据驱动的系统优化：介绍了机器学习技术在系统健康监测（PHM）中的应用。内容包括传感器数据异常检测、系统状态的实时诊断，以及如何利用强化学习来优化系统运行策略，例如在能源管理或资源调度中的最优决策制定。 3. 网络化复杂系统的安全与韧性：探讨了当系统部件通过网络互联时所面临的新型安全威胁。内容涉及网络拓扑对系统性能的影响、信息流的安全性评估，以及如何设计具备内在冗余和快速故障隔离能力的“韧性系统”。第四部分：前沿挑战与工程实践展望本部分将目光投向系统工程领域的未来发展方向，特别关注那些对现有设计范式提出颠覆性挑战的新兴领域。 1. 数字化孪生（Digital Twin）的构建与应用：详细阐述了如何构建高保真度的数字化模型，实现物理实体与虚拟模型之间的双向数据映射与实时同步。讨论了数字孪生在系统生命周期管理（LCM）中的关键作用，包括虚拟调试、性能预测和退役规划。 2. 大规模异构系统管理：面对由大量不同技术、不同标准模块构成的超级复杂系统（如城市级基础设施或大型工业园区），本章探讨了基于本体论（Ontology）的知识表示方法，用以实现跨域信息的语义互操作性，从而进行统一调度和管理。 3. 可持续性与生命周期评估：将环境和社会责任纳入系统设计的考量范畴。介绍了从摇篮到坟墓的全生命周期评估（LCA）方法论，指导工程师在设计阶段就考虑材料选择、能耗效率以及最终的回收再利用问题，以实现更具社会责任感的系统设计。本书内容深度兼顾了工程硕士研究生、资深系统工程师及跨学科研发人员的需求，通过严谨的理论推导、详尽的案例剖析和对未来趋势的深刻洞察，致力于培养读者应对二十一世纪最复杂工程挑战所需的系统级思维和解决问题的能力。

作者简介

目录信息

序
前言
第1章绪论
1.1 交会对接任务概述
1.1.1 交会对接的基本概念
1.1.2 交会对接技术分类
1.1.3 交会对接的飞行阶段和飞行程序
1.2 交会对接技术发展历史
1.2.1 交会对接技术的诞生
1.2.2 交会对接技术的成熟应用
1.2.3 交会对接技术的新发展
1.3 交会对接技术发展趋势
1.4 本书的主要内容
第2章空间交会的动力学基础
2.1 引言
2.2 坐标系统与运动学描述
2.2.1 空间坐标系
2.2.2 飞行器运动状态描述
2.3 飞行器轨道动力学模型
2.3.1 轨道摄动动力学模型
2.3.2 主要摄动项
2.4 飞行器姿态动力学模型
2.4.1 姿态描述
2.4.2 姿态运动学方程
2.4.3 姿态动力学方程
2.4.4 空间环境力矩
2.5 相对动力学模型
2.5.1 一般条件下的相对动力学模型
2.5.2 圆参考轨道下的相对动力学模型
2.5.3 圆参考轨道下的相对动力学特性分析
2.5.4 近圆轨道相对运动
2.5.5 绝对运动与近圆相对运动的关系
2.6 轨道机动
2.6.1 单冲量对相对运动的影响
2.6.2 多冲量变轨问题概述
2.7 小结
第3章目标器轨道与交会发射窗口
3.1 引言
3.2 目标飞行器轨道
3.2.1 目标飞行器的轨道选择
3.2.2 目标飞行器的轨道调整和轨道维持
3.3 交会对接发射窗口问题
3.3.1 发射窗口总体分析
3.3.2 平面窗口分析计算
3.3.3 相位窗口分析计算
3.3.4 发射窗口求解
3.4 发射窗口的几个相关问题
3.4.1 异面变轨能量估算
3.4.2 发射窗口的高阶修正
3.4.3 发射场部署策略
3.5 考虑工程约束的窗口计算
3.5.1 相关模型
3.5.2 发射窗口设计中的工程约束
3.5.3 发射窗口示例与分析
3.6 小结
第4章远距离导引段
4.1 引言
4.2 远距离导引段轨道问题研究现状
4.2.1 理论研究
4.2.2 工程实际研究
4.2.3 变轨任务规划模型
4.3 远距离导引段的变轨策略
4.3.1 远距离导引段工程约束
4.3.2 特殊点变轨
4.3.3 综合变轨
4.3.4 修正特殊点变轨
4.4 变轨任务实时规划
4.4.1 主要误差因素及误差影响敏感度分析
4.4.2 实时规划问题及应用过程
4.4.3 实时规划策略
4.4.4 仿真算例
4.5 变轨故障后轨道重构规划
4.5.1 交会变轨故障及故障后轨道类型
4.5.2 故障后轨道重构方案设计
4.5.3 轨道重构规划求解策略
4.5.4 仿真算例
4.6 小结
第5章近距离导引段
5.1 引言
5.2 近距离导引段交会技术概述
5.2.1 近距离导引段的控制目标
5.2.2 近距离导引段轨道动力学模型与控制
5.2.3 近距离导引段段偏差分析
5.2.4 近距离导引段故障对策
5.3 C-W制导方法及其改进
5.3.1 C-W方程制导误差分析
5.3.2 C-W制导修正算法
5.3.3 基于高精度轨道模型的近距离导引段控制
5.3.4 基于非线性相对运动的制导方法
5.4 Lambert制导方法
5.4.1 Lambert普适变量算法
5.4.2 Lambert修正制导算法
5.4.3 寻的段Lambert三脉冲制导分析
5.4.4 寻的段Lambert四脉冲制导分析
5.4.5 接近段二脉冲制导控制
5.5 偏差情况下的飞行方案仿真研究
5.5.1 近距离导引段段偏差分析的基本方法
5.5.2 典型设备的误差敏感度分析
5.5.3 正常飞行方案综合误差仿真分析
5.6 近距离导引段的轨迹安全分析
5.6.1 轨迹安全分析的一般方法
5.6.2 被动轨迹安全分析
5.6.3 近距离导引段的避撞机动
5.7 故障情况下的飞行方案研究
5.7.1 近距离导引段故障分类及其约束条件
5.7.2 标称方案设计
5.7.3 变轨机动故障对策
5.7.4 仿真算例
5.8 小结
第6章最后逼近段
6.1 引言
6.2 绕飞段与停泊点的设置
6.2.1 停泊点的设置
6.2.2 -V-Bar自主交会方案
6.2.3 +R-Bar自主交会方案
6.2.4 +V-Bar自主交会方案
6.3 基于运动学关系的交会控制模型
6.3.1 走廊式(水平)交会
6.3.2 视线导引平行交会
6.3.3 相平面控制
6.3.4 人工控制对接
6.4 平移靠拢段的视线控制策略
6.4.1 平移靠拢段的控制目标和约束
6.4.2 横向控制策略
6.4.3 纵向控制策略
6.4.4 悬停控制策略
6.4.5 算例
6.5 被动安全逼近速度分析
6.5.1 长方体禁区
6.5.2 球形禁区
6.5.3 锥形禁区
6.6 安全约束下的最优轨迹设计
6.6.1 线性系统最优轨迹设计的线性规划解
6.6.2 最后逼近段的最优轨迹设计
6.6.3 轨迹安全约束
6.6.4 算例
6.7 最后逼近段的紧急避撞机动
6.7.1 紧急避撞机动的启动条件
6.7.2 紧急避撞机动的设计原则
6.7.3 紧急避撞机动方案分析
6.7.4 算例
6.8 小结
第7章对接动力学建模与分析
7.1 引言
7.2 对接机构发展概述
7.3 对接过程的变拓扑系统动力学描述
7.3.1 变拓扑问题的一般表述
7.3.2 变约束形式的变拓扑描述
7.3.3 其他类型的描述
7.3.4 变拓扑系统的模型
7.4 空间对接过程中的接触点检测
7.4.1 坐标系定义
7.4.2 接触点类型及判断
7.4.3 检测算法仿真算例
7.5 对接动力学数学模型
7.5.1 建模假设
7.5.2 刚体的牛顿-欧拉动力学方程
7.5.3 对接各阶段动力学方程
7.5.4 捕获段模型的求解策略
7.6 对接动力学仿真
7.6.1 仿真模型参数设置
7.6.2 对接过程的仿真流程
7.6.3 基于ADAMS软件的对接动力学仿真
7.6.4 仿真算例
7.6.5 基于仿真的分析
7.7 小结
第8章撤离段
8.1 引言
8.2 撤离过程与约束
8.2.1 撤离过程
8.2.2 约束条件
8.3 撤离制导控制策略
8.3.1 径向与切向冲量方案
8.3.2 C-W斜滑撤离制导控制
8.3.3 基于视线角、安全距离约束的C-W撤离制导控制
8.3.4 视线角的解析求解
8.3.5 算例分析
8.4 撤离安全轨迹设计
8.4.1 安全轨迹概念
8.4.2 撤离轨迹及被动安全的一般分析
8.4.3 两种撤离方案的安全性分析
8.5 小结
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是，它对“设计”二字的诠释是全方位的，远超出了我预期的机械结构范畴。它更像是一部关于“人机协同”和“系统鲁棒性”的哲学著作。书中对任务流程的梳理，清晰地展示了从发射窗口选择到最终停泊过程中的每一个决策点。我注意到，作者对“容错性”的强调几乎贯穿始终，这让我意识到，在航天领域，最精妙的设计往往不是如何做到完美无缺，而是如何在不可避免的失误中迅速恢复正常。特别是关于对接机构的力学特性分析，图文并茂地展示了不同锁扣设计在冲击载荷下的表现差异，这种硬核的对比分析极具说服力。对于我这样一个注重用户体验的读者而言，这本书让我理解了，航天器“用户体验”的最终体现，就是任务的绝对安全与按时完成。它教会我，真正的设计，是对所有变量的敬畏和控制，是对时间、空间、能源三者关系最精妙的平衡艺术。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的内容深度令人敬畏，它绝非市面上那些泛泛而谈的太空“速成读物”。它要求读者具备一定的工程背景知识，因为它没有花费篇幅去解释基础物理学概念，而是直接切入到**任务剖面**的复杂性之中。我尤其欣赏书中对不同轨道类型和目标飞行器状态（如旋转、翻滚）对接策略的分类讨论，这种结构化的知识组织方式，极大地提高了信息的检索效率。书中的案例研究，很多都直指行业内的“疑难杂症”，比如如何处理轨道高度差和相对速度的微小误差累积问题。我感觉，这本书更像是一位资深项目经理留下的工作笔记和经验总结，它没有华丽的辞藻，但每一个公式、每一张流程图都凝聚着实战的血与汗。阅读它，就像是拿到了一份来自顶级航天机构的内部培训资料，让人在技术层面上获得了质的飞跃，真正领悟到“设计”二字背后所承载的巨大责任感和无可替代的专业性。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我原本以为这种专业性极强的“分析与设计”主题会让我昏昏欲睡，结果发现这本《航天器交会对接任务分析与设计》简直是为那些渴望深入理解现代航天工程“幕后故事”的人量身定做的。这本书的结构处理得极其巧妙，它没有陷入纯粹的数学推导泥潭，反而将理论与实践的结合点描绘得淋漓尽致。我特别关注了其中关于传感器融合和视觉导航部分的论述，那种对如何在高真空、高速度、零参照物环境下实现毫米级精度的探讨，简直令人拍案叫绝。它详细解释了为什么选择特定的滤波算法，以及不同天气条件（虽然是在太空中，但对地面跟踪的影响）如何影响导航的可靠性。这种对细节的执着，体现了作者深厚的行业积累。对于想要进入该领域的年轻工程师来说，这本书提供的不仅仅是知识点，更是一种系统性的思维框架——如何将一个宏大的目标分解为可执行、可验证的工程步骤。这本书的价值，在于它让“不可能”的技术难题，变得有迹可循，有据可依，完全打破了我对工程书籍晦涩难懂的刻板印象。

评分☆☆☆☆☆

这本关于**航天器交会对接任务分析与设计**的书籍，从我这个非专业读者的角度来看，简直就是一部引人入胜的科普史诗。虽然我对深奥的轨道力学和复杂的控制算法知之甚少，但作者以其非凡的叙事能力，将看似冰冷的工程技术转化成了触手可及的太空冒险。书中对任务规划阶段的描述尤为精彩，它不是简单地罗列技术参数，而是像一部悬疑片一样，层层剥开了从初次接触到最终精准对接所需要克服的种种自然挑战和人为障碍。我尤其喜欢它对“风险预案”部分的详尽阐述，那种对万一失败可能性的细致考量，让人真切地感受到了航天事业的严谨与不易。书中穿插的那些历史案例，比如早期的无人对接试验的挫折与突破，更增添了故事的张力。我仿佛能闻到控制室里咖啡的香气，感受到地面团队在面对突发状况时的沉着与智慧。它成功地架起了一座桥梁，让普通人也能窥见那些在地球之外，由精密计算与钢铁意志构筑的壮丽工程。这本书无疑激发了我对航天事业更深层次的敬意，它不仅是技术手册，更是一部关于人类如何征服距离和不确定性的史诗。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格非常严谨，但又不失一种克制的激情，尤其是在描述软件和算法的演进时，那种仿佛亲历了数十年技术迭代的心路历程跃然纸上。我花了很多时间在研究书中关于“自主化”趋势的探讨上。作者很中肯地指出了当前技术瓶颈所在，比如如何让航天器在失去地面支持时，仍能做出比地面操作员更快速、更优化的决策。书中对**人工智能辅助决策**在交会对接中的潜力与局限性的分析，显得尤为成熟和客观，既没有过度美化，也没有因噎废食。这种平衡的视角非常宝贵，它避免了技术宣传的浮夸，回归到工程的本质——效率与可靠性的永恒博弈。对于希望了解未来空间站维护、深空探测任务如何实现无人化对接的读者来说，这本书提供了最坚实的技术基石和最清醒的战略方向指引。它让你明白，每一次成功的对接背后，都是无数次在虚拟空间中进行的“数字试验”。

评分☆☆☆☆☆