火星探测器轨道动力学与控制9787576321012

第1章火星系统概况

1.1火星探测的意义

1.2火星系统特性

1.2.1火星的基本物理特征1.2.2火星气候环境与地形地貌1.2.3火星的卫星.......

1.3火星探测任务.......

参考文献.........

第2章火星探测转移轨道基础理论2.1火星探测中的时间系统.2.1.1时间系统..

2.1.2时间系统之间的转换..2.2火星探测中的坐标系统及其转换2.2.1地心坐标系统....

2.2.2日心坐标系统.....

2.2.3火心坐标系统，

2.3火星探测中的二体轨道力学理论

2.3.1二体动力学方程

2.3.2二体问题的积分常数...

2.3.3开普勒方程求解

2.3.4位置、速度矢量与轨道根数

2.4火星探测中的基本轨道设计方法

2.4.1兰伯特问题

2.4.2引力影响球

2.4.3圆锥曲线拼接原理.

参考文献

第3章火星探测脉冲转移轨道设计与优化

3.1火星探测发射机会搜索

3.1.1双曲逃逸轨道参数

3.1.2发射机会搜索的等高线图法

3.1.3火星探测发射机会分析

3.2火星探测多脉冲转移轨道优化设计

3.2.1最优多脉冲转移的主矢量方法

3.2.2考虑发射约束的多脉冲主矢量优化方法

3.2.3火星探测多脉冲转移轨道设计与分析

3.3火星探测脉冲转移轨道的精确设计

3.3.1精确转移轨道设计问题描述3.3.2火星探测精确转移轨道设计方法3.3.3火星探测精确转移轨道设计实例与分析3.4火星探测转移轨道中途修正策略

3.4.1火星探测转移轨道中途修正方法3.4.2火星探测转移轨道中途修正实例分析参考文献

第4章火星探测连续小推力转移轨道设计与优化4.1连续小推力转移轨道优化设计问题描述

……

7.3火星探测大气进人制导方法

7.3.1火星大气进入方式分析

7.3.2火星大气进入轨迹跟踪制导方法

7.3.3火星大气进入预测校正制导方法

7.4火星着陆伞舱组合体动力学建模与稳定控制

7.4.1火星着陆伞舱组合体动力学建模初步

7.4.2火星着陆减速伞展开过程动态特性分析

7.4.3火星着陆伞舱组合体稳定阻尼控制律设计

参考文献・

第8章火星系统内探测的轨道设计

8.1基于火星系统的火卫探测捕获轨道设计

8.1.1基于火星稳定集的火卫探测捕获轨道设计方法

8.1.2火卫一探测捕获轨道设计实例与分析

8.1.3火卫二探测捕获轨道设计实例与分析

8.2基于火星系统共振轨道的火卫飞越探测轨道设计

8.2.1火星-火卫系统的共振轨道设计...

8.2.2火卫附近共振轨道设计实例与分析

8.2.3火卫共振环绕探测轨道相对距离变化分析

8.3基于火星-火卫系统平衡点的火卫探测轨道设计

8.3.1火星-火卫系统的平衡点及特性..

8.3.2火卫平衡点附近的周期运动

8.3.3基于火卫平衡点的探测轨道观测效能分析

8.4火卫附近周期轨道间的转移轨道设计

8.4.1利用共振轨道的火卫附近周期轨道间脉冲转移轨道设计8.4.2基于不变流形的火卫附近周期轨道间转移

参考文献

索引

第1章火星系统概况

1.1火星探测的意义

康斯坦丁，齐奥尔科夫斯基说过:“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”一直以来，人类对太空的浩瀚和神秘充满向往与敬畏。随着现代航天技术的发展，人类逐步将认知的边界推向更远的深空。深空探测是当今世界极具创新性、挑战性、前瞻性的高科技领域，是人类认知太阳系起源与演化、空间资源开发与利用、保护地球安全等的重要途径，是各航天大国科学探索与科技创新竞相发展的战略制高点。火星作为地球的近邻，因其与地球相近的物理环境和较好的可到达性，正成为各国深空领域探测的热点目标。火星探测对于科学研究、工程应用及社会效用等方面有着广泛而重要的影响。

在科学研究方面，作为太阳系中为数不多的类地行星，火星是探索地外生命的主要目标天体，它与地球的形成时间接近，其早年的自然环境和地球曾非常相似。探寻生命起源，或许可在火星上找到突破。从20世纪60年代人类开始火星探测至今，经过几十年的探索，人们逐步认识到，火星可能出现过生命前的化学活动，并且可能产生过生命。火星上保留着大量30多亿年前表面活动的证据，生命出现前的化学活动迹象或许还存在。对这些问题的研究可能会提出关于生命出现时火星和地球环境的新见解，甚至可能了解地球上生命起源的特殊环境条件和化学途径。就这点而言，火星探测对于进一步探寻太阳系演化和生命起源具有十分重要的意义。此外，通过探测火星环境的磁层、电离层、磁场、重力场等，可检测火星大气层的结构与成分，寻找过去气候变化的证据，研究火星气象与气候的演化历史及未来变化趋势;通过探测火星地形、地貌、地质构造及土壤与岩石的矿物与化学成分特征，特别是探测沉积岩的分布范围和形成的相对年龄，以及极地水冰与干冰的分布与变化特征，可研究火星水体的产生、演化与消失的过程;通过对火星内部结构的探测及与地球的对比研究，可探寻火星历史和演化规律，探讨类地行星的演化史。这些问题的研究对于揭示太阳系各行星演化的共性和特性，具有重大的科学价值]。

在工程应用方面，火星探测是一项庞杂的系统工程，存在较高的风险，面临诸多挑战。开展火星探测需要突破多项多学科交叉的关键技术，包括探测器轨道设计技术、高精度姿态确定与控制技术、高精度制导导航技术、火星大气气动再入技术、着陆缓冲技术、自动巡视勘察技术、遥操作与控制技术、深空测控通信技术等[2]。未来的火星采样返回任务还需要突破重型运载火箭技术、火星表面采样与封装技术等关键技术。火星探测工程涉及的诸多高新技术领域的突破将促进系统工程、自动控制、计算机、能源动力、材料、通信、遥感等学科的快速发展。这些领域突破的核心技术、获得的科技创新成果，将带动国家基础科学和应用科学的深入发展，促进多学科领域的交叉融合，从而带动国家科技水平的整体跃升。

在社会影响方面，以火星探测为代表的深空探测既是各航天大国竞相展示新科技成果的重要舞台，也是国家综合国力和国际竞争力的重要体现，还是衡量国家现代化和国际地位的重要标志。深空探测的领先地位对国家政治、经济等方面影响深远，对于增强民族自豪感、提振文化自信、打造国家品牌等方面具有重要的激励和促进作用，对于广大民众(尤其是青少年)具有较好的教育和激励意义，有助于在全社会形成爱科学的良好风尚，进而提高全民族的科学素养和自主创新意识。同时，火星上也存在重要的矿产资源和潜在的环境资源，有利于拓展人类新的生存空间，甚至未来也可能建立火星基地、开展太空旅游等活动，促进相关产业的发展，带动更广泛的经济和社会效益。