不规则小行星附近探测器制导与控制_杨洪伟、宝音贺西_9787302601371

本书首先介绍了小行星引力场中的动力学模型，包括坐标系和动力学方程；然后针对小行星引力场中悬停、绕飞、转移以及着陆四种重要的任务形式，介绍了作者以及其他学者近年来关于受控系统动力学、**制导、流形拼接、线性反馈控制、滑模控制等方面的研究成果。

自1991年10月美国伽利略号木星探测器飞掠探测小行星951 Gaspra以来，世界各主要航天国家开展的小行星探测相关的深空探测任务已达10余次。进入21世纪以来，全球掀起了小行星探测的热潮，不断地实现了小行星探测各种任务形式的零突破：美国的会合舒梅克号首次成功绕飞并着陆小行星，日本的隼鸟号首次实现了小行星采样返回，美国的黎明号首次环绕探测了主带小行星并实现了多目标小行星环绕探测，日本的隼鸟2号释放的巡视器首次实现在小行星表面跳跃移动。我国的嫦娥二号探测器在其拓展任务中成功近距离探测了图塔蒂斯小行星，也拉开了我国小行星探测的序幕。
对于大行星附近的探测器，其任务轨道设计、制导与控制的研究通常是基于球形引力场或者球谐函数模型开展的。在大行星表面着陆段动力下降段的制导方法研究中，大行星的引力可以进一步简化为常数。然而，不规则性小行星引力场具有很强的不规则性。经典的非球形引力场模型，如球谐函数和椭球谐函数展开模型，在小行星布里渊球之内存在不收敛的困难。对于小行星附近的探测器，需要关注不规则引力场环境下轨道设计与制导方法的研究，例如不规则引力场中的兰伯特问题求解方法、不规则引力场中低消耗轨道保持标称轨道的选取、不规则引力场中制导问题求解方法等。除了引力场不规则这一特点，小行星也具有弱引力场这一特点。小行星弱引力场使得探测器在小行星附近悬停探测变为可能。相应地，需要关注悬停点稳定性、悬停可行区域及悬停保持控制方法等研究。小行星弱引力场也对软着陆控制精度提出了更高的要求。同时，小行星表面着陆还存在力学环境不确定性、地面通信延时问题等挑战。相应的研究涉及小行星表面着陆在线制导和鲁棒性控制等。
本书是一部系统介绍作者近七年来在不规则小行星附近制导与控制领域研究的专著。书中制导相关内容包括开环制导和闭环制导两种类型。其中开环制导用于生成标称轨道和控制，又可以分为离线解算和在线解算两种情形。同样地，相关控制也包括开环控制和闭环控制两类。本书内容共包括6章，首先介绍小行星附近制导与控制领域研究现状，然后介绍部分其他学者和作者在小行星模型方面的研究结果，接着按照悬停、转移、绕飞、着陆四种情形顺序，依次介绍不规则小行星附近制导与控制方面的作者研究成果和与作者研究密切相关的部分其他学者成果。
各章的主要内容安排如下：第1章是绪论，介绍研究背景、意义，以及国内外学者对小行星附近悬停、转移、绕飞、着陆等制导与控制问题的研究现状。第2章介绍探测器飞行的动力学方程和不规则引力场模型并研究简化模型参数确定方法。第3章研究探测器在不规则小行星附近小范围飞行的悬停保持控制问题，系统研究了人工平衡点动力学特性，并研究了悬停保持线性和非线性闭环控制方法。第4章研究探测器在不规则小行星附近大范围飞行的转移与绕飞问题，研究了不规则引力场中轨道转移脉冲机动和连续推力机动的制导方法，并研究了小行星附近常见的赤道面逆行周期轨道设计方法和保持控制方法。第5章研究小行星探测任务中的着陆轨迹制导问题，求解方法包括小推力轨迹优化方法中有效的间接法，以及近期计算制导方法中的凸优化方法。第6章研究小行星表面着陆在线制导与闭环控制问题，介绍了推力幅值约束条件下轨迹在线规划方法和基于滑模控制理论的无标称轨迹闭环制导与控制方法。
本书可以作为从事航天动力学、轨道设计与控制、导航与制导等专业的研究人员和工程技术人员的参考书，也可供相关领域的高校教师和研究生参考。本书内容虽几经修改校正，但难免存在欠妥和错误之处，恳请读者批评指正。作者衷心感谢国家杰出青年科学基金项目不规则引力场中的轨道理论 (No.11525208)、江苏省自然科学基金项目小行星引力场中在线轨迹优化与多约束控制方法研究(No.BK20180410)、国家自然科学基金项目不规则引力场防碰撞小推力轨迹优化与智能制导研究（No.12102177）、中国科协青年人才托举工程和国家科学技术学术著作出版基金的资助。

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