星間可控場力作用的航天器相對運動機理與控制方法

星間可控場力作用的航天器相對運動技術成為當前在軌服務領域研究熱點，不消耗推進劑，無羽流污染，具有連續、可逆、非接觸以及同步控制能力。相較傳統推力作用而言，星間可控場力作用的航天器相對運動在動力學建模、動力學特性分析以及控制設計方面湧現出許多新的特點與需求。《星間可控場力作用的航天器相對運動機理與控制方法》針對以電磁力、庫侖力和磁通釘紮效應力為代表的星間可控場力作用，系統論述星間可控場力及其作用的航天器相對運動概念與內涵、研究現狀與發展趨勢、關鍵技術，並給出相關研究建議。

前言

第1章 緒論 1
1.1 基本概念與內涵 2
1.1.1 基本概念 2
1.1.2 技術內涵 2
1.2 星間可控場力研究現狀與應用發展歷程 3
1.2.1 星間可控庫侖力 3
1.2.2 星間可控磁場力 10
1.2.3 星間可控磁通釘紮效應力 17
1.3 本書組織結構與主要內容 19
參考文獻 20

第2章 星間可控場力作用特點與規律 26
2.1 電磁學基礎 26
2.1.1 電場力建模與作用規律 26
2.1.2 磁場力建模與作用規律 29
2.2 三類作用力統一建模 31
2.2.1 以庫侖力模型為基礎的統一建模 31
2.2.2 統一模型適用性分析 33
2.3 動力學建模關鍵問題 33
2.3.1 星間可控場力引入對動力學建模的影響 33
2.3.2 基於牛頓力學框架的動力學建模 34
2.3.3 基於分析力學框架的動力學建模 36
2.4 動力學守恆特性 42
2.4.1 保守力先決條件及建模分析 42
2.4.2 動力學守恆分析 45
2.4.3 相對運動特性分析 47
2.4.4 模擬算例 49
2.5 本章小結 55
參考文獻 55

第3章 電場力作用的航天器相對運動機理 56
3.1 電場力在軌產生機理與模型 56
3.1.1 電場力在軌產生機理 56
3.1.2 星間電場力建模 58
3.2 動力學建模 58
3.2.1 一般模型 58
3.2.2 模型適應性簡化 60
3.3 動力學特性分析 61
3.4 本章小結 63
參考文獻 63

第4章 磁場力作用的航天器相對運動機理 65
4.1 磁場力在軌產生機理與模型 65
4.1.1 磁場力在軌產生機理 65
4.1.2 星間磁場力模型與應用分析 67
4.2 動力學建模 72
4.2.1 地心慣性系下電磁航天器軌道動力學模型 72
4.2.2 相對運動動力學模型 75
4.2.3 坐標系轉換矩陣 76
4.3 動力學特性分析 77
4.3.1 控制能力 77
4.3.2 自對接特性 78
4.3.3 自對準特性 86
4.4 本章小結 93
參考文獻 93

第5章 磁通釘紮效應力對磁場力作用的拓展及其他星間可控場力 94
5.1 磁通釘紮效應及其作用力/力矩模型 94
5.1.1 受限三磁偶極子關係 96
5.1.2 遠場電磁力/力矩模型 97
5.1.3 磁通釘紮效應力/力矩模型誤差分析 98
5.2 磁通釘紮作用的被動穩定性及其對磁場力作用的動力學拓展與約束 101
5.2.1 平面磁通釘紮效應力/力矩特性 101
5.2.2 磁通釘紮效應力/力矩剛度特性與被動穩定性分析 106
5.2.3 磁通釘紮作用的雙星相對軌跡運動建模 111
5.2.4 相對平衡態存在性與靜態構形穩定性分析 116
5.3 其他可控星間場力作用 128
5.3.1 電磁渦流消旋基本概念 128
5.3.2 初步控制設計 129
5.4 本章小結 134
參考文獻 135

第6章 利用星間可控場力作用特點與規律的控制策略與方法 137
6.1 基於星間可控場力作用相對平衡態的構型重構 137
6.1.1 兩星電磁編隊相對平衡態求解 138
6.1.2 基於不變流形的相對平衡態重構優化設計 142
6.2 基於電磁自對準/自對接特性的航天器柔性對接 151
6.2.1 動力學模型及“星間電磁+磁通釘紮作用”力學模型 151
6.2.2 磁通釘紮輔助的電磁柔性對接控制設計 154
6.2.3 地面試驗資料分析 156
6.3 本章小結 161
參考文獻 162

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