空间飞行器动力学与控制第6课空间飞行器轨道控制上
空间飞行器动力学与控制
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Spacecraft Dynamics and Control Teacher：Han-qing ZhangCollege of AstronauticsSpacecraft Dynamics and Control Text book:Spacecraft Dynamics andControl：A PracticalEngineering Approach/s/1o6BF32U(1) Wertz, J. R. Spacecraft Orbit and Attitude Systems, Springer. 2001(2) 刘墩.空间飞行器动力学，哈尔滨工业大学出版社，2003.(3) 章仁为.卫星轨道姿态动力学与控制，北京航空航天大学出版社，2006.(4) 基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用，清华大学出版社，2002。
2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and Control 1. IntroductionSpace technology is relatively young compared to other modern technologies, such as aircrafttechnology.In only forty years this novel domain hasachieved a tremendous level of complexity andsophistication. The reason for this is simplyexplained: most satellites, once in space, must rely heavily on the quality of their onboardinstrumentation and on the design ingenuity of the scientists and engineers.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and Control The desire of humans to conquer space within the solar system will surely encourage newtechnological achievements that are not yetimagined.The technical fields in which satellites are used are numerous一telecommunications, scientificresearch, meteorology, and others.According to the specific task for which they are designed, satellites may be in orbits as low as200 km or as high as 40,000 km above the earth;other spacecraft leave the earth toward planets in the solar system2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and Control In October 4, 1957, the former Soviet Union sent the world's first artificial satellite into space.In March 11, 1960, the United States launcheda "pioneer" detector,and it was known as thefirst deep-space probe.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and Control2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlIn April 12, 1961,the former SovietUnion successfullylaunched the firstmanned spacecraft. 尤里·加加林Spacecraft Dynamics and ControlIn March 1965, the former Soviet Union realized the first human spacewalk.“上升号”载人飞船2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlIn January 1966, two spacecrafts completed the rendezvous and docking successfully for the first time in the former Soviet Union .“联盟号”飞船2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlIn July 1969, the United States landed on the moon for the first time.N．A．阿姆斯特朗E．E．奥尔德林2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlIn April 19, 1971, the first space station was built successfully with regard to the former Soviet.“和平号”轨道空间站2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlIn April 1981, the first space shuttle had the successful test flight.“哥伦比亚号”航天飞机首飞记录片2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlFengYun22014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and Control北斗导航试验卫星定位原理图2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and Control Satellites may be very heavy: an inhabited space station, for example, could weigh severaltons or more. There also exist very light satellites, weighing 20 kg or less. Small satellites may berelatively cheap.Despite their differences, satellites possess fundamental features that are common to all. The physical laws that govern their motion in spaceand their dynamics are the same for all spacecraft.Hence, the fundamental technologies that evolved from these laws are common to all.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlA satellite's life begins with the specificbooster transferring it to some initial orbit,called a transfer orbit, in which the satellite is already circling the earth.For a satellite that will stay near earth, the next stage will be to "ameliorate" theorbit. This means that the satellite must bemaneuvered to reach the precise orbit forwhich the satellite was designed to fulfill its mission.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and Control Next, the satellite's software must check for the proper functioning of itsinstrumentation and its performance inspace, as well as calibrate some of theinstruments before they can be used tocontrol the satellite.The final stage is the one for which the satellite was designed and manufactured.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and Control Understanding the meaning of each stage will help one to understand the infrastructure of thecontrol system of any satellite.Throughout the text, the terms "satellite" and "spacecraft" (s/c for short) will be usedinterchangeably. The terms "geosynchronous"and "geostationary" will be used interchangeably to describe the orbit of a satellite whose period can be made exactly equal to the time it takes theearth to rotate once about its axis.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlA geosynchronous communications satellitewill be described in its different life stages. Acommon, medium-sized satellite is good example.Satellite of this type consist of the following main structural parts.(1) A central body consisting of a cubelikestructure.(2) Solar arrays extended in the N-S direction.(3) An antenna tower directed toward theearth.(4) Controllers(such as reaction thrusters)and attitude sensors(such as sun sensors).2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlAttitude and orbit control systemThe attitude and orbit control system (AOCS) may include:(1) A reaction bipropellant (反应双组元)thrustsystem.(2) Two momentum wheels (one redundant).2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and Control(3) Two infrared horizon sensors. (one operating andone redundant)(4) Four fine sun sensors. (two redundant)(5)Twelve coarse sun sensors for safety reasons. (sixredundant)(6)Two three-axis coarse rate gyros(陀螺仪).(7)Two three-axis integrating gyros.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and Control Much of the control hardware is redundant in order to guarantee a reliable control systemdespite potential hardware failures.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlMission sequenceSequence for injecting a satellite into the geostationary orbit.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlFirst is the launch into ageosynchronous transfer orbit(GTO).(地球同步转移轨道)withperigee and apogee (low and highaltitude) of 200 km and 35,786km, respectively.This is followed by the transferfrom GTO to geostationary orbit(GEO)(地球同步静止轨道),whereperigee and apogee both are35,786 km and the orbitinclination and eccentricity areclose to null.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlNext is the preparationand calibration of theAOCS.(姿态和轨道控制系统)GEO mission can start,followed by the actualGEO mission stage.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlAfter separation from the launcher, the satellite is commanded into a sun acquisition mode with the -X B axis pointing toward the sun. After completion of this stage, the solar panels are partially or fully deployed. If fully deployed, They can be rotated about their axis of rotation toward the sun in order to maximize power absorption.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlThe satellite stays in this cruise mode until the first apogee boost motor (ABM) orbit is approached. In the first and the subsequent ABM orbits, several hours before the ABM firing at the apogee, the gyros' calibration maneuvers are initiated.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlLess than an hour before any ABM firing, earth acquisition is initiated with the +Z B axis now pointed toward the earth, followed by preparation for the ABM firing stage.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlAfter ABM firings ranging from several to more than 30 minutes, the satellite is commanded to GTO cruise. After the last ABM firing, the satellite life is prepared for GEO operation.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlIn the first GEO, earth acquisition is performed, meaning that the +Z B axis of the satellite is directed toward the earth center of mass, thus allowing the normal GEO cruise.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlThe momentum wheel is spun to its nominal angular velocity to provide momentum bias attitude control. The orbit is then corrected for any remaining inaccuracies in inclination and eccentricity.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and ControlSpacecraft Dynamics and ControlThe satellite orbit dynamics and controlThe classical equations of motion of ideal Keplerian orbits.The basic orbital control concepts including control and station keeping of satellites.The attitude dynamics and controlThe basic equations of rotational motion about some axis through its center of mass.Single-and Dual-spin stabilization.The attitude stabilization and maneuvering ofspacecraft stabilized in three axes.2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and Control。
航天器轨道动力学与控制(上)
常见卫星观测设备误差
多普勒测速仪
单脉冲雷达
干涉仪测角系统
目视光学望远镜和 光学摄像机
卫星观测预报
1. 卫星必须在地平线上 2. 天空就必须足够黑 3.对于不发光的卫星用光学设备 观测还需要太阳光能直射它。
3 工作映射
开普勒激光测速仪
MSE-FLD60型高速激光测距传感器在不使用 反射板的情况下，高速测量自然物体目标可 达30米。而使用合适的反射板，测量范围可 以达到250米。 MSE-FLD60是一款高速激光测距传感器,可以 高速触发实时测量，它的测量速率可达 30kHz。在250米的测量范围内可以达到厘米 级的精度。它所使用的激光是波长为905nm 的对人眼安全的红外激光。
脉冲雷达
干涉仪测角系统
PI-3D激光测量系统是市场上最先进的激光干 涉仪系统。它可以以前所未有的精度和分辨 率，可以用在产品研发实验室， 精确的机床补偿可以从根本上提升产品质量 。使用我们的系统，用户可以快捷精确地完 成补偿。基本套装可以测量位移，振动，速 度以及定位精度。3D系统为机床的垂直及水 平直线度测量提供了独特的测量功能，使直 线度测量变得简便省时。
航天轨道动力学与控制能干嘛？
航天器轨道动力学可构筑各种实用轨道 变轨控制和轨道机动 航天器轨道控制可 轨道保持 交会与对接 再入和着陆控制
2 课本知识
近地空间环境
地球大气
地球磁场
太阳电磁辐射
日心坐标系
地心坐标系
地面坐标系
轨道摄动
摄动指一个天体绕另一个天体按二 体问题的规律运动时，因受其它天体的 吸引或其他因素的影响，在轨道上产生 的偏差，这些作用与中心体的引力相比 是很小的，因此称为摄动。 天体在摄动作用下，其坐标、速度 或轨道要素都产生变化，这种变化成分 称为摄动项。
哈工大航天学院课程-空间飞行器动力学与控制-第3课-空间飞行器轨道动力学上PPT课件
（2）运载火箭的 主动段轨道
在主动段飞行时，作用 在火箭上的力和力矩 如图3.6所示
图3.6 在主动段作用于火箭上的力系
第15页/共48页
XOY 为发射平面坐标， X1O1Y1为速度坐标。图中 为地心角， 为俯仰角， 为 速度方向角， 为火箭飞行 攻角。
第16页/共48页
把作用在火箭上所有的力，
第30页/共48页
春分点：黄道与天赤道的一 个交点。
黄道：地球绕太阳公转的轨 道面（黄道面）与以地心为球心 的天球相交的大圆。
“黄赤交角”：黄道面与赤 道面约相交成23°27′。
太阳的周年视运动：由于地 球公转观测到太阳在恒星间移动， 周期为1年。
黄道就是天球上的太阳周年 视运动轨迹。太阳由南向北过天 赤道的交点叫“春分点”，另一 个交点是秋分点。
co s2
2
k
vk2
v
2 k
rk2
co s2
k
2 2
rk
4 vk2rk2 cos2 k
co s(0
（3-8） )
式中， 3.8961014 m3/s2 称为地球引力常
数可见。，自由飞行段的轨道方程，完全取决于主动段终点的速度 ，速度方向角
和径向距离。
第23页/共48页
在图3.7中，如果火 箭在 B点，再一次点 火加速，使火箭的速 度达到航天飞行器在 该点的运行速度，它 就进入绕地球运动的 的轨道，此轨道称为 “卫星轨道”。卫星 的轨道高度和形状， 由运载火箭主动段终 点的速度矢量和空间 位置决定。
在运载火箭方案论证初期，可以依据发射航天 飞行器的速度要求，用齐氏公式计算出理想速度， 再减去约2000m/s的速度损失，进行方案估计。
第20页/共48页
空间飞行器动力学与控制第3课空间飞行器轨道动力学上
火箭在主动段飞行时，通常攻角都很小，所飞
越的地心角也很小，若略去不计，即得：
dv P D g sin
dt m m
（3-5）
其中火箭的推力 P 为
P mve ( pe pa )Se
代入式（3-5）得到
dv
ve
dm mdt
dt
1 m
Se (
pe
pa
)dt
D m
dt
g
s in dt
（3-6）
空间飞行器动力学与控制 第三课 空间飞行器轨道动力学（上）
积分上式，得到主动段终点的速度为：
空间飞行器动力学与控制 第三课 空间飞行器轨道动力学（上）
把作用在火箭上所有的力，
投影到速度方向（
X
轴）上，
1
推力： 重力：
阻力：
升力：
得到运动方程为： dv 1 (P cos D) g sin( )
dt m
（3-4）
空间飞行器动力学与控制 第三课 空间飞行器轨道动力学（上）
dv 1 (P cos D) g sin( )
图3.3 CD与马赫数 Ma 和攻角 的关系
空间飞行器动力学与控制 第三课 空间飞行器轨道动力学（上）
图3.4
C
与马赫数
L
Ma和攻角
的关系
空间飞行器动力学与控制 第三课 空间飞行器轨道动力学（上）
“俯仰力矩”的产生
火箭发动机工作时，推进剂在不断消耗，所以火 箭质心位置随时在变。
同时，气动阻力和升力也随飞行速度和大气条件 而变化，所以压心也随之变化。
空间飞行器动力学与控制 第三课 空间飞行器轨道动力学（上）
第三种方案：与第二方案基本相同，只是要求自由飞行 段要绕地球半圈，即自由飞行段起点和终点正好在地心 的连线上。
哈工大航天学院课程-空间飞行器动力学与控制-第1课-绪论
“礼炮1号”空间站
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
1981年4月，世界上第一 架垂直起飞、水平着陆、可 重复使用的美国航天飞机 “哥伦比亚号”试飞成功， 标志着航天运载器由一次性 使用的运载火箭转向重复使 用的航天运载器的新阶段， 标志着人类在空间时代又上 了一层楼，进入了航天飞机 时代。
美国“哥伦比亚号”航天飞机
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
人类自20世纪60年 代开始探测火星的尝试。 大约半数火星探测任务 成功。 2008年05月25日 ， 美国“凤凰”号火星探 测器成功降落在火星北 极区域，其核心任务是 寻找水和生命痕迹。 2008年11月，凤凰 号与地面控制中心失去 联络。
“凤凰”号挖掘臂挖掘火星土壤的情景
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
1988年11月15日，前苏联的暴风雪号航天飞机从 拜科努尔航天中心首次发射升空，47分钟后进入距 地面 250公里的圆形轨道。它绕地球飞行两圈，在 太空遨游三小时后，按预定计划于 9时25分安全返 航，准确降落在离发射点12公里外的混凝土跑道上， 完成了一次无人驾驶的试验飞行。
“水手2号”探测器
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
1966年1月，前苏联两艘载人飞船第一次在轨道上成功 交会对接，并实现了两位航天员从一艘飞船向另一艘飞船 的转移。
前苏联“联盟号”载人飞船
前苏联“上升号”载人飞船
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
1971年4月19日，前苏联“礼炮1号”空间站入 轨成功，其质量约18t，总长14m，轨道高度200～ 250 km，轨道倾角51.6º ，成为人类第一个空间站。
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
13～14世纪，中国的火箭技术与其他火药兵器一 同传到阿拉伯国家和印度，后又传入欧洲。至18世 纪后期，印度军队在抗击英国和法国军队的多次战 争中就曾大量使用火药火箭并取得了成功结果，由 此推动了欧洲火箭技术的发展。 曾在印度作战的英国人康格里夫(William Congreve)在19世纪初对印度火箭作了改进，他确定 了黑火药的多种配方，改善了制造方法并使火箭系 列化，最大射程可达3km。这些初期火箭的原理都 成为了近代火箭技术的最初基础。
航空航天工程师的航天器轨道控制
航空航天工程师的航天器轨道控制航天工程师的任务之一是设计和控制航天器的轨道。
航天器的轨道控制是确保航天器按计划进行正确运行的关键环节。
本文将介绍航天器轨道控制过程中的关键要素和技术。
一、航天器轨道控制的重要性航天器的轨道控制决定了其在太空中的位置和速度，对于实现任务目标至关重要。
航天器的轨道需要精确计算和控制，以满足以下要求：1. 实现轨道转移：航天器需要从发射轨道转移到最终目标轨道，比如地球轨道到月球轨道。
2. 保持稳定轨道：一旦进入预定轨道，航天器需要保持稳定，以防止因轨道变化而影响太空任务。
3. 躲避碰撞：在拥挤的太空环境中，航天器需要通过轨道控制来避免与其他航天器发生碰撞，确保太空安全。
二、航天器轨道控制的关键要素在实施航天器轨道控制过程中，以下要素是至关重要的：1. 动力系统：航天器需要搭载适当的动力系统，如推进器，以实现轨道控制。
推进器的选择和设计应根据任务需求来确定。
2. 燃料和能源：推进器需要燃料和能源来提供动力。
在规划航天器的轨道控制任务时，需要合理规划燃料和能源的供应，以确保轨道控制的可持续性。
3. 导航系统：航天器轨道控制需要准确的导航系统来获取位置和速度信息，以便进行精确的轨道计算和控制。
4. 系统控制：航天器的轨道控制需要详细的系统控制策略和算法，以确保航天器按计划运行。
这包括姿态控制、推力调整和导航修正等方面。
三、航天器轨道控制的关键技术在航天器轨道控制中，以下技术起着重要作用：1. 轨道计算：通过数学模型和计算方法，准确计算航天器的轨道参数，如高度、速度和倾角等。
2. 推力控制：根据轨道计算结果，调整推进器提供的推力大小和方向，实现航天器轨道的精确控制。
3. 姿态控制：航天器需要保持特定的姿态，以实现所需轨道，这就需要精确的姿态控制系统和技术。
4. 纠偏修正：由于外界因素或误差的影响，航天器可能会偏离预定轨道，这就需要进行纠偏修正，以保证航天器按计划运行。
四、案例分析：国际空间站的轨道控制国际空间站是一个复杂的航天器系统，其轨道控制是航天工程师面临的一个重要挑战。
哈工大航天学院课程空间飞行器动力学与控制空间飞行器轨道控制上课件
学生在实验室进行实际操作，完成轨道控制系统 的设计和测试，加深对理论知识的理解和应用。
3
项目实践
学生分组进行项目实践，结合实际需求进行空间 飞行器轨道控制系统的设计和实现，培养实践能 力和创新思维。
02
空间飞行器动力学基础
动力学基本概念
01
02
03
牛顿第三定律
描述了作用力和反作用力 的关系，是动力学的基本 原理。
被动控制方法
利用航天器的特殊构型或附加质量等特性，通过改变航天器的重心 位置或转动惯量等方式，实现轨道控制。
组合控制方法
将主动控制和被动控制相结合，利用各自的优势，实现更高效、精确 的轨道控制。
轨道控制应用实例
卫星轨道转移
将卫星从一个圆轨道转移到一个椭圆轨道，或从一个椭圆轨道转 移到另一个椭圆轨道，实现卫星的变轨任务。
理解空间飞行器轨道 控制的方法和策略。
课程内容
空间飞行器动力学基础
包括轨道力学、姿态动力学等。
空间飞行器控制原理
介绍控制理论在空间飞行器中的应用，如PID控制、最优控制等。
轨道控制系统设计与实践
结合实际案例，讲解轨道控制系统的设计方法、实现过程和测试技 术。
课程安排
1 2
理论授课
结合多媒体课件，系统介绍空间飞行器动力学与 控制、轨道控制的基本概念、原理和方法。
实验结果与分析
学生需要对实验结果进行分析，并得出结论。
参考文献
学生需要注明所引用的参考文献，并按照学校规定的格式进行排版。
THANK YOU
感谢观看
实验内容与要求
实验内容
学生需要掌握卫星轨道测量、控制的 基本原理和方法，通过实际操作，掌 握卫星轨道控制技术。
哈工大航天学院课程-空间飞行器动力学与控制-第7课-空间飞行器轨道控制下
水平着陆的航天器具有足够的升力，能够连续下 滑，并在跑道上着陆滑跑。
在水平着陆情况下，从航天器到达着陆导引范围， 并开始操纵活动的翼面控制升力和阻力分布机动飞行 时起，到航天器到达着陆点这段轨道称为导引着陆段。
空间飞行器动力学与控制 第七课_空间飞行器轨道控制下
降落伞着陆段，一般都是在航天器接近平衡 速度之后，继续减速到降落伞系统能可靠工作的 速度和高度时开始的。 航天器的平衡速度指航天器受到的气动阻力 D等于它所受重力时的速度。 导引着陆段，一般是在航天器下降到一定高 度，气动力的作用大到操纵活动翼面可以控制航 天器的机动飞行和下滑状况时开始的。以后的飞 行就与飞机进场着陆相类似了。
空间飞行器动力学与控制 第七课_空间飞行器轨道控制下
（4）着陆段
当航天器下降到20km以下的高度时，进一步采 取减速措施，保证其安全着陆。这一阶段又称为“回 收段”。 航天器着陆的方式，有垂直着陆和水平着陆两种。 垂直着陆采用降落伞系统，从降落伞开始工作之 点到航天器的软着陆点这段轨道称为降落伞着陆段。
空间飞行器动力学与控制 第七课_空间飞行器轨道控制下
自动和自主交会对接最关键的技术是测量方 法和敏感器。 由于交会对接各阶段测量范围和精度不同， 需要采用多种测量方法和敏感器，很难用一种敏 感器完成整个交会对接的测量任务。 远距离一般采用交会雷达，近距离可用电视
摄像和光学成像敏感器。
空间飞行器动力学与控制 第七课_空间飞行器轨道控制下
交会是指两个或两个以上的航天器在轨道上 按预定位置和时间相会；
对接则是指两个航天器在轨道上相会后连成
一个整体。
空间飞行器动力学与控制 第七课_空间飞行器轨道控制下
需要交会的航天器不一定需要对接，如轨道
空间飞行器动力学与控制研究综述
第34卷2017年第2期上海航天AEROSPACE SHANGHAI1文章编号：1006-1630(2017)02-0001-29空间飞行器动力学与控制研究综述刘付成，朱东方，黄静1’2(1.上海市空间智能控制技术重点实验室，上海201109 ; 2.上海航天控制技术研究所，上海201109)摘要：概括介绍了近年来空间飞行器的动力学与控制研究的发展状况，综述了单星动力学建模和控制技术、多星动力学建模和控制技术，以及太阳帆航天器、绳系卫星等新型航天器动力学与控制技术等相关航天领域中的若干基础问题，总结了在这些领域中的研究方法及取得的成果。
提出了相关领域中值得深入研究的问题及后续发展方向，如深空探测的轨道动力学、超大尺度柔性航天器的动力学建模与协同控制技术、敏捷卫星的机动控制技术、多星姿轨耦合动力学和控制技术、太阳帆航天器动力学与控制技术，以及空间绳系卫星系统的动力学与控制技术等重点和主要发展方向。
关键词：空间飞行器；动力学；轨道控制；姿态控制；刚体；柔性；姿轨耦合；敏捷卫星；太阳帆航天器；绳系卫星中图分类号：V412. 4;V448. 2 文献标志码：A D O I：10. 19328/j. cnki. 1006-1630. 2017. 02 001 Review of Dynamics and Control Study of SpacecraftLIU Fu-cheng1，2，ZHU Dong-fang1，2，HUANG Jing1，2(1. Shanghai Key Laboratory of Aerospace Intelligent Control Technology, Shanghai 201109? China;2. Shanghai Institute of Spaceflight Control Technology, Shanghai 201109, China)Abstract：In this paper, the recent development and research status of spacecraft dynamics and control were introduced. The basic issues in the study of singl^satellite dynamics and control technology, multi-satellite dynamics and control technology, and advanced spacecraft (solar sail spacecraft and tethered satellite) dynamics and control technology were reviewed. The research methods and archivements in these areas were summarized. Finally, the lucubration and prospects for problem of dynamics and control of spacecraft were discussed? which were such as orbit dynamics of deep space exploration, dynamics modeling and joint control technology of ultra-size flexible spacecraft, maneuvering control technology of agile satellite, attitude and orbit coupling dynamics and control of multi-satellite, dynamics and control technology of solar sail spacecraft, and dynamics and control technology of tethered satellites system.Keywords：spacecraft；dynamics；orbit control；attitude control；rigid body；flexibility；attitude and orbit coupling；agile satellite；solar sail spacecraft；tethered satellite0引百空间飞行器从最初结构简易、功能单一的卫星 发展到现在构型复杂、功能多样的卫星，在人类探索 空间、认识宇宙的过程中承担了越来越重要的任务，并对人类的生产和生活产生了深远的影响。
航空航天工程师的飞行器动力学和控制
航空航天工程师的飞行器动力学和控制航空航天工程师是一项充满挑战性和魅力的职业，他们负责设计、开发和改进各种类型的飞行器。
在这个岗位上，飞行器动力学和控制是必不可少的知识领域。
本文将介绍航空航天工程师在飞行器动力学和控制方面的工作内容和技术要求。
一、飞行器动力学飞行器动力学是研究飞行器在空气中运动规律的科学，主要包括力学、空气动力学和运动学三个方面。
作为航空航天工程师，对于飞行器的动力学性能有着深入的理解是必不可少的。
首先，航空航天工程师需要掌握力学的基本原理，包括牛顿定律和质心力学等。
这些原理将帮助工程师了解飞行器在加速、转弯和停止过程中所受到的力和力矩。
其次，空气动力学是飞行器动力学的核心内容。
航空航天工程师需要了解空气动力学的基本原理，包括空气动力学力学和气动力学的相关知识。
他们需要通过数值模拟、实验测试和经验公式等方法来研究飞行器在不同飞行状态下的气动特性，以便优化设计并提高飞行性能。
最后，运动学是研究飞行器运动轨迹和姿态的学科。
航空航天工程师需要掌握运动学的基本概念，如欧拉角、姿态稳定性和航线规划等。
这些知识将帮助工程师设计飞行器的姿态控制系统和飞行计划。
二、飞行器控制飞行器控制是确保飞行器安全、稳定和精确操控的关键技术。
航空航天工程师需要在飞行器动力学的基础上，熟悉各种控制理论和方法，并将其应用于飞行器控制系统的设计和优化。
首先，航空航天工程师需要了解传统控制理论，如PID控制和根轨迹法。
这些理论为设计主动控制系统提供了基础，可以使飞行器自动地控制其姿态、速度和航向等。
其次，现代控制理论也是飞行器控制的重要组成部分。
航空航天工程师需要熟悉状态空间表示法、H∞控制和模糊控制等。
这些理论可以提高控制系统的性能和鲁棒性，以应对飞行器在不同飞行环境下的扰动和不确定性。
最后，航空航天工程师还需要掌握飞行器导航和制导技术。
导航是确定飞行器位置和航向的过程，而制导则是根据导航信息指导飞行器的飞行路径。
航天器轨道动力学与控制上-马佳
监测数据
●高度 卫星必须在地平线以上 ●天光 光学测量设备或人眼观测时，天空必须足够黑 ●地影 不发光的卫星还需太阳光直接照射
07
地月飞行和星际飞行
地月关系
地月系的三个运动：
●地球自转 ●地球和月球围绕公共质心 的运动 ●月球的自转
月球公转参数：
●椭圆轨道，偏心率0.0549 ●轨道面与地球赤道的夹角 18.2°—28.8° ●黄白道夹角5°9′
加权最小
广义卡尔 曼滤波
二乘法
观测数据集中处理的“批量计 算方法”。
按时间顺序对每个观测数据进 行解算的“序贯计算法”。
卫星的观测预报
概况预报
利用已有的资料，通过解算卫星运动方程，确定卫星可见段的 起止时间和最大高度。
准确预报
确定确定卫星每一时刻的高度角、方位角和卫星到激光测距仪 的距离，以便可以快速、准确的跟踪卫星。
轨道摄动
04
轨道转移
轨道转移概述
轨道转移是指航天飞行棋 在其控制系统作用下，由 沿初始轨道（或停泊轨道）
运动改变为沿目标轨道运
动的一种轨道机动。 转移轨道又称过渡轨道， 是航天器从初始轨道或停
泊轨道过渡到工作轨道的
中间轨道。
共面圆轨道发轨道转移
双脉冲变轨可以使新的轨道完 全脱离原有的轨道。 在两个共面圆轨道之间的最佳 变轨方式为霍曼变轨，其转移
卫星星食
卫星进入地球阴影的现象叫做卫星 食，在卫星食发生时，卫星上的光 电池不能供电，整形温度下降，以 太阳光为信号的敏感器失去作用。 对于静止轨道而言，卫星的星食发 生在春秋分前后各23天的午夜，每 次发生星食的时间不定，最长 72min。
返回轨道概述
返回轨道设计要求
地势平坦，交通便捷 远离城市，通信顺畅 远离高压重要设施 选择已有回收区 利用已有测控网络
航天器轨道动力学与控制(上)
轨道周期
入轨点位置
考虑
因素
轨道倾角
发射时间
近地点位置
近地轨道的主要摄动
摄动类型 地球形状 大气阻力 调姿喷气 太阳光压 日月摄动 潮汐摄动 地球磁场
摄动
摄动
摄动
摄动
摄动和轨
控喷气摄
动
量级
近地轨道
寿命
一阶小量 二阶小量 二阶小量 三阶小量 三阶小量 三阶小量 三阶小量
近地轨道的应用实例
神舟号飞船
2012年4月30日4时50分
长征三号乙
第十二、十三颗北斗导航系统组网卫星
2012年9月19日3时10分
长征三号乙
2012年10月25日23时33分
长征三号丙
第十六颗北斗导航卫星 [6]
2015年3月30日21时52分
长征三号丙
第十七颗北斗导航卫星 [7]
2015年7月25日20时29分
长征三号乙
第十八、十九颗北斗导航卫星
术发展，无线电测量技术逐渐成熟，应用雷达不但可以测量角度，还可以测量距离，使轨道计
算更加准确和方便。
2
太阳系、坐标系和时间系统
近地空间环境
近地空间环境
地球大气
大
大
大
大
气
气
气
气
密
温
压
成
度
度
力
分
地球磁场
地面上100km到10个地球半径的距离
太阳电磁
地球电离
空间粒子
辐射
层
辐射
磁
太
暴
阳
辐
射
压
力
坐标系
研究航天飞行器的运动要用到多种坐标系，我们将介绍航天运用到的多种坐标系
航空航天工程师的航天器轨道控制
航空航天工程师的航天器轨道控制航天器轨道控制是航空航天工程师核心职责之一，对于保证航天器的安全运行和任务的顺利完成至关重要。
本文将从航天器轨道控制的定义、工程师的角色以及控制方法三个方面进行讨论。
一、航天器轨道控制的定义航天器轨道控制是指通过合理的设计和操作，控制航天器在太空中的运行轨迹，达到特定目标的技术手段。
航天器轨道控制旨在实现航天器的定位、改变轨道、纠正偏差以及对运行轨道进行调整等功能。
二、航空航天工程师的角色航空航天工程师在航天器轨道控制中扮演着重要角色。
他们负责制定轨道控制策略，进行计算和分析，并对航天器的姿态、速度和燃料消耗等因素进行评估和调整。
航空航天工程师还负责指导和监控轨道控制系统的运行，并随时应对紧急情况。
三、航天器轨道控制的方法1. 姿态控制姿态控制是航天器轨道控制的基础。
它指的是通过调整航天器的姿态来控制其运动方向和角度。
航空航天工程师通过计算和设计推进剂的喷射方向和力大小，实现对航天器姿态的精确控制。
2. 推力控制推力控制是控制航天器轨道变化和纠正偏差的重要手段。
航空航天工程师通过调整发动机燃烧时间和喷口喷气方向，控制航天器推力的大小和方向，以实现对轨道的改变和调整。
3. 燃料管理燃料管理是航天器轨道控制中不可或缺的一环。
航空航天工程师需要合理估计燃料消耗，并制定相应的策略，以确保在关键时刻有足够的燃料供应，同时尽量减少燃料的损耗，延长航天器的使用寿命。
4. 轨道参数优化航天器轨道控制中，航空航天工程师会对轨道参数进行优化。
他们通过计算和分析，确定最佳的轨道参数，以确保航天器能够高效地完成任务并最大限度地减少对资源的消耗。
5. 轨道偏差修正航天器在飞行过程中常常会受到各种因素的干扰，从而导致轨道偏差。
航空航天工程师通过监测轨道数据和分析偏差情况，采取相应的修正措施，使航天器能够恢复到预定的轨道。
结语航空航天工程师在航天器轨道控制中发挥着关键作用。
他们通过姿态控制、推力控制、燃料管理、轨道参数优化以及轨道偏差修正等手段，确保航天器能够安全、稳定地运行，并实现预定的任务目标。
航空航天领域中的飞行器动力学与控制方法
航空航天领域中的飞行器动力学与控制方法飞行器动力学与控制方法是航空航天领域中的一个重要研究方向。
随着航空航天技术的不断进步，飞行器的控制系统设计变得越来越复杂。
本文将介绍飞行器动力学与控制方法的基本概念，并讨论几种常见的控制方法。
飞行器动力学主要研究飞行器在空气中的运动规律和力学特性。
对于飞行器的运动进行建模，可以帮助人们更好地理解和预测其飞行性能、稳定性和控制特性。
在建模过程中，需要考虑飞行器的质量、重心位置、气动特性以及控制功能等因素。
飞行器动力学的建模方法有多种，其中最常见的是基于牛顿第二定律和动量守恒原理进行建模。
这些方法可以将飞行器的运动分解为平动和转动两个方面，并通过微分方程和矩阵方程描述其运动过程。
同时，还需要考虑飞行器与环境的相互作用，例如风的影响、大气密度的变化等。
一旦完成了飞行器的动力学建模，接下来就是设计控制系统。
飞行器控制系统的主要目标是实现稳定的飞行和精确的轨迹跟踪。
为了实现这些目标，研究人员开发了各种不同的控制方法。
其中一种常见的方法是经典控制方法，包括比例-积分-微分（PID）控制器、根轨迹设计以及频率域设计等。
PID控制器是一种基于反馈原理的控制器，通过不断调整控制量来保持输出量与给定值的误差最小。
根轨迹设计方法可以通过改变系统的极点位置来调整系统的响应特性。
频率域设计方法则通过频率特性来优化系统的控制性能。
另一种常见的控制方法是现代控制方法，例如状态空间控制和模糊控制。
状态空间方法将系统转化为状态方程和输出方程的形式，通过调整状态变量和输入变量来实现控制。
模糊控制则通过模糊逻辑和模糊推理来设计控制器，可以处理非线性和不确定性系统。
此外，还有一些特殊的控制方法被应用于特定的飞行器。
例如，直升机通常采用带有非线性反馈的控制方法，以应对其复杂的动力学特性。
与此类似，无人机通常使用自适应控制方法，以应对其多变的飞行环境和任务要求。
总之，飞行器动力学与控制方法在航空航天领域中扮演着重要的角色。
航空航天工程师的航天器轨道控制和导航
航空航天工程师的航天器轨道控制和导航航空航天工程师是现代科技领域中的重要职业。
他们承担着探索宇宙空间和研发先进航天技术的责任。
其中，航天器的轨道控制和导航是航空航天工程师工作中至关重要的一部分。
本文将探讨航天器轨道控制和导航的原理及其在航空航天领域的应用。
一、轨道控制航天器轨道控制是指对航天器运行轨道进行调整和控制，以确保航天器能够按照既定计划完成任务。
轨道控制需要考虑多个因素，包括推力、质量、姿态以及轨道设计等。
1. 推力调整推力是控制航天器轨道的关键因素之一。
通过对发动机产生的推力进行调整，航天器可以改变自身的速度和轨道形状。
推力调整的精准度要求航天器工程师具备深厚的数学和物理知识，以便计算和预测推力对轨道的影响。
2. 质量控制航天器的质量对其轨道控制至关重要。
合理的质量控制可以确保航天器在空间中保持稳定的运行轨道。
航天器工程师需要确保航天器的各个组件和负载在设计阶段符合要求，并且在实际制造过程中进行质量检查和控制。
3. 姿态调整姿态控制是指控制航天器在空间中的方向和朝向。
航天器工程师使用陀螺仪、加速度计等导航设备来监测并调整航天器的姿态，以确保航天器在轨道控制过程中的稳定性和准确性。
二、导航技术导航技术在航天器的轨道控制和精确定位中起着至关重要的作用。
航天器工程师需要掌握各种导航技术，并将其应用于实际的航天任务中。
1. 卫星导航卫星导航系统（如全球定位系统-GPS）是航天器导航中最常用的技术之一。
航天器可以通过接收卫星发出的信号，获得自身的精确位置和速度信息，以便进行轨道控制和导航决策。
2. 惯性导航惯性导航技术是一种不依赖外部导航信号的方法。
航天器工程师通过安装惯性测量单元（IMU）来测量航天器的加速度和角速度，从而推算航天器的位置和速度。
3. 光学导航光学导航技术利用航天器上的摄像头或光学传感器来获取和识别目标物体的信息，进而实现航天器的导航和定位。
光学导航技术广泛应用于地球观测、星地交会等航天任务中。
航空航天工程师的航天器轨道控制和校正
航空航天工程师的航天器轨道控制和校正航天器的轨道控制和校正是航空航天工程师在航天器任务中必须掌握的重要技术。
本文将从航天器轨道基础知识、轨道控制方法和校正技术三个方面进行探讨。
一、航天器轨道基础知识1. 轨道类型航天器的轨道可以分为地球同步轨道、低地球轨道、中地球轨道和高地球轨道等几种类型。
地球同步轨道是指航天器与地球自转保持同步的轨道，主要用于通信、气象等任务。
低地球轨道则位于地球表面附近，对应低轨卫星，适用于遥感和科学探测。
中地球轨道和高地球轨道则用于导航、定位以及深空探测等任务。
2. 轨道要素轨道要素是描述航天器轨道的基本参数，包括半长轴、离心率、倾角、升交点赤经和近地点幅角等。
半长轴决定了轨道大小，离心率反映了轨道的偏心程度，倾角则是轨道相对于地球赤道的倾斜度。
升交点赤经和近地点幅角则决定了轨道在空间中的定位。
二、轨道控制方法1. 推力控制推力控制是最基本的轨道控制方法之一。
通过发动机的推力来改变航天器的速度和轨道要素，实现轨道控制。
推力控制可以改变航天器在轨道上的位置和速度，将其调整到目标轨道上。
同时，推力控制还可以用于轨道捕获、轨道变轨和轨道维持等任务。
2. 引力助推引力助推是利用其他星球或天体的引力场来调整航天器的轨道。
通过巧妙地选择航天器的飞行路径和天体的引力场，可以实现轨道的调整和校正。
引力助推是一种经济高效的轨道控制方法，被广泛应用于深空探测任务中。
3. 燃耗控制燃耗控制是一种轨道控制的 pass要技术，通过控制航天器的燃料消耗，实现轨道的调整和维持。
燃耗控制需要精确计算航天器的燃料消耗量和推力大小，以确保轨道控制的精度和稳定性。
同时，燃耗控制还需要考虑航天器燃料的存储和供给问题，保证航天器能够长时间在轨道上运行。
三、航天器轨道校正技术1. 格栅管制格栅管制是一种常用的轨道校正技术，通过改变航天器的迎风面积，实现航天器的姿态调整和速度控制。
格栅管制可以将航天器的速度减小或增加，从而调整其轨道位置和形状。
哈工大航天学院课程-空间飞行器动力学与控制-第1课-绪论
神州五号载人飞船
航天英雄杨利伟
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
我国首个空间实验室：天宫一号于2011年9月29 日在酒泉卫星发射中心发射，飞行器全长10.4米，最 大直径3.35米，由实验舱和资源舱构成。
天宫一号
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
2011年11月3日，天宫一号与神舟八号飞船在太 空中成功完成“天神”牵手，实现了载人航天工程 首次空间交会对接任务。
银 河 系
小麦哲伦云中新生 的超亮恒星。这类 恒星的寿命很短， 对于宇宙时间尺度 来说只是一眨眼的 功夫。
猎户座中的马头星云B33， 它是个暗星云。美国基特峰 国家天文台的0.9米望远镜摄 于1994年12月28日
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
河外星系：位于银河系之外、由几十亿至几千亿颗恒星、星
药便取代了易燃物，使火箭迅速应用到军事中。
公元10世纪唐末宋初就已经有了火药用于火箭的 文字记载。真正靠火药喷气推进而非弩弓射出的 火箭的外形被记载于明代茅元仪编著的《武备志》 中，见下图。
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
这种原始火箭虽然没有现代火箭那样复杂，但 已经具有了战斗部(箭头)、推进系统(火药筒)、稳 定系统(尾部羽毛)和箭体结构(箭杆)，完全可以认 为是现代火箭的雏形。
天宫一号与神舟八号交会对接
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
嫦娥工程是我国实施的第一次探月活动。工程自 2004年1月立项，目前已经完成了嫦娥一号卫星和长 征三号甲运载火箭产品研制和发射场、测控、地面 应用系统的建设。2007年10月24日在西昌卫星发射 中心成功发射升空。
嫦娥一号
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
空间飞行器动力学与控制 第一课 绪论
哈工大航天学院课程-空间飞行器动力学与控制-第4课-空间飞行器轨道动力学中
空间飞行器动力学与控制 第四课 空间飞行器轨道动力学（中）
轨道形状及分类
中心引力场中轨道的形状，满足轨道运动的一般 方程，即
h2 p r 1 e cos(e, r ) 1 e cos
（4.23）
其中 是 e 和 r 的夹角 (也可以用 f 表示)，p
h2
。
空间飞行器动力学与控制 第四课 空间飞行器轨道动力学（中）
空间飞行器动力学与控制 第四课 空间飞行器轨道动力学（中）
航天器在近地轨道运行时 忽略月球和其他星体的引力作 用时可以按二体问题处理。
二体问题轨道运动 基本方程
对于图示二体问题， 在地心赤道惯性坐标系
O X iYi Zi中，
设质点质量分别为 m1，m2 ； 向径分别为 r ， r1 ， r2 ， rc ；
(4.27)
空间飞行器动力学与控制 第四课 空间飞行器轨道动力学（中）
图4.1 二体问题示意图
质点上的万有引力分别为 F1 ，F2 。
空间飞行器动力学与控制 第四课 空间飞行器轨道动力学（中）
根据质心定理
m1 (r1 rc ) m2 (rc r2 ) (4.1)
及
r r1 r2
(4.2)
联立方程(4.1)及(4.2)可得
m2 r1 rc r m1 m2 m1 r2 rc r m1 m2
2 r r 0 2v v 3 r
d 2 2v v v dt
d 1 2 3 r r 2 r dt r
(4.24)
d 2 d 1 v 2μ 0 dt dt r
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六课_空间飞行器轨道控制
一、轨道控制的一般概念 二、轨道转移 三、轨道保持
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
一、轨道控制的一般概念
人造航天器同自然天体一样，其运动总是遵守 力学定律的，但航天器还可通过主动控制改变其运 动规律。
根据航天器现有位置、速度、飞行的最终目标， 利用发动机推力或环境力（如空气动力、太阳光压 力）对航天器的质心施以控制力，主动地改变其飞 行轨迹称为轨道控制。
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
二、轨道转移
航天器为了从初始轨道转移到终止轨道而进行 的可控制运动称为轨道转移机动或简称轨道转移。
本节讨论共面圆轨道之间的转移。在两冲量的 情况下，霍曼（Hohman）转移为最佳转移；然而在 三冲量的情况下，可找到更省能量的双椭圆转移轨 道，但双椭圆转移更省能量是有条件的（终止轨道 与初始轨道的半径比大于11.939）。
图6.2 不相交轨道的轨道转移
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
和新旧两轨道相切的转移轨道如图6.3所示，这 里所加的速度增量与卫星的速度矢量平行，这种类 型的转移往往代表一种燃料消耗量较小的轨道转移。
图6.3 切线转移轨道
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
（3）非共面相交轨道的速度增量及控制误差计算 设控前轨道的两个拱点矢径为 r1 和 r20 ，拟在拱
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
轨道平面倾角误差为
δi
sin ψδV
V
cosψδψ V V0 cosi
sin ψV0/V0
（6.6）
一般，δV 与速度增量 V 成比例，随着V 减小，δV 也成比例减小，因而 δVf ，δi 也减小，且最终取决 于测轨精度。
使用可重复启动的变轨发动机(例如液体双组元 发动机)，可将轨道机动分数次完成，最后一次速度 增量减小，因而减小了变轨误差。
点 r1 处变轨，欲使控后轨道的另一拱点矢径变为 ， 且使r2 f轨道平面绕拱线转角 i，见图6.4
图6.4 拱点机动
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
所需变轨速度增量为
V
V02Βιβλιοθήκη V2 f2V0V f
cosi
（6.1）
其中 V0 和 V f 分别为控前轨道和目标轨道在变轨 点速度：
Vi ——发动机平均喷射速度； F ——平均推力。
（6.7）
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
若发动机脉冲工作（如自旋卫星情况），则工 作次数为
N
t Fδ
（6.8）
的整数部分，式中 δ 为有效脉冲宽度；t 可按连续
推力时间确定。
燃料消耗量为
V
m m01 e
Vi
（6.9）
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
发动机控制参数计算
如使用喷气发动机进行轨道控制，可根据所需 要的速度增量 V 及有关发动机特性参数计算发动机 控制参数。
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
若发动机连续工作，则工作时间为
式中
t
m0Vi F
1
V
e Vi
m0 ——卫星控制前总质量；
sin
i
（6.4）
若只考虑速度增量误差 δV (由发动机冲量误差
和卫星质量误差引起)、速度增量矢量在水平面内方
向误差 δψ (由姿态误差和发动机推力偏斜引起)和控
前速度误差 δV0 (测轨误差)，则控制后的速度误差为：
δVf
V
Vf
cosψ δV Vf V sin ψ V0δV0（6.5）
Vf V cosψ
可见速度增量计算是轨道控制设计中的重点。
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
（1）相交轨道的速度增量
相交轨道的轨道转移如图6.1所示。
图6.1 相交轨道的轨道转移
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
轨道 A 与轨道 B 在同一平面内相交，为了使 卫星从 A 轨道转移到 B 轨道，需要在两轨道的交 点 Q1 处加一个速度增量 V1 ，并满足关系 式 VB1 VA1 V1 ，其中VA1 与VB1 分别是轨道 A 与 轨道 B 在Q1处所对应的卫星速度。
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
（2）不相交轨道的速度增量
要完成两个不相交轨道间的转移，通常需要有 两个速度增量；如图6.2所示，卫星利用速度增量通 过中间轨道完成轨道到轨道的转移。和前面一样， 速度增量必须具有这样的大小和方向，使得合成的 速度矢量对应于新轨道在给定点的应有值。
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
轨道控制的实现过程与速度增量计算
卫星从一个轨道转移到另一个轨道，通常是利 用假定在瞬时之间作用的速度增量完成的；也就是 说，可以用单个或几个推力冲量来调整或改变轨道。
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
轨道控制的实现过程如下
（1）由敏感器测量获得航天器的位置及速度矢量； （2）根据飞行目标轨道及速度矢量，设计变轨位置 （或时间）和所需要的速度增量； （3）计算实现这一速度增量需要的变轨发动机的控制 参数； （4）在设计的变轨位置，利用执行机构驱动变轨发动 机动作，提供设计的速度增量。
V0
2 μ
1 r1
r1
1 r20
（6.2）
Vf
2μ
1 r1
r1
1 r2 f
（6.3）
式中，μ 为地球引力常数 3.986 0051014 m3 / s2
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
变轨姿态应使推力矢量在当地水平面内，与目 标轨道平面的夹角 ψ 为
ψ
arcs
in
V0 V
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
控制时刻计算
根据控制程序、目标轨道和控制轨道实测值， 可算出所需要的速度增量矢量V 和理论控制时刻。
以人造地球卫星的轨道机动为例。为了节省燃 料，轨道机动一般在轨道拱点（即近地点或远地点） 进行，且速度增量矢量沿着轨道切向，此时，控制 点是控制轨道的拱点，也是目标轨道的拱点。
空间飞行器动力学与控制 第六课_空间飞行器轨道控制
控制系统硬件组成
航天器控制系统需完成三个最基本的过程：敏 感测量、信号处理和执行过程。因此由敏感器、控 制器和执行机构三大部分组成。敏感器用以测量某 些绝对的或相对的物理量，执行机构起控制作用， 驱动动力装置产生控制信号所要求的运动，控制器 则担负起信号处理的任务。