哈工大航天学院课程空间飞行器动力学与控制行星际航行
航天器姿态动力学与控制(哈尔滨工业大学) ——李立涛
第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学
不变平面和不变线的定义 Poinsot椭圆在不变平面上的无滑动滚动
第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学
推力倾斜的自旋航天器
第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学
带有姿控推力器的自旋航天器
第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学
美国探险者一号卫星
第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学
Cz
C S
SC SC S
C S SSC CC
S S SCC
CS
S
CC
tan
1
C21 C22
sin1 C23
tan
1
C13 C33
有能量耗损时的本体极迹
第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学
一般准刚体的姿态动力学模型
x
Iy Iz Ix
yz
Mx Ix
T
(Ix
I
2 x
x / Iz )x2 (I y
I
2 y
/ Iz )y2
y
Iz Ix Iy
xz
My Iy
T
(Ix
I
2 x
y / Iz )x2 (I y
Cba Cz Cx Cz SC CC S
S S
CS SCC SS CCC
S C
SS
C
S
C
tg
1
C31 C32
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
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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。
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把作用在火箭上所有的力，
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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。
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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。
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哈工大航天学院课程-空间飞行器动力学与控制-第9课-航天飞机技术
空间飞行器动力学与控制 第九课_航天飞机技术
（１）航天飞机系统的测量敏感器
为了确定航天飞机系统的轨道和姿态，航天 飞机系统上采用了9种导航和姿态测量设备，总 共40个敏感器，在很多场合下把这些轨道和姿态 测量简称为导航。
空间飞行器动力学与控制 第九课_航天飞机技术
每一架航天飞机上装有三台主发动机，发动 机的结构完全一样，位于轨道器的尾部。
为了严格监控三台主发动机的工作状态并调 节其推力的大小和方向，每台主发动机都有一套 可整体更换的发动机电子控制器，其中包括两台 相同的互作备份的数字计算机。
空间飞行器动力学与控制 第九课_航天飞机技术
航天飞机控制系统包括轨道和姿态控制两个 部分。
轨道控制具体包括导航、制导和控制3种功 能。另外，还可以使航天飞机与同轨道平面内最 大相距560km的目标相会合。
空间飞行器动力学与控制 第九课_航天飞机技术
尽管航天飞机控制系统具有强大的控制功能 和复杂的结构，但它的基本结构和原理与其他各 种控制系统依然一致。
空间飞行器动力学与控制 第九课_航天飞机技术
航天飞机的飞行包括发射上升、入轨、轨道 运行、离轨和再入返回等阶段。
控制系统任务：保证航天飞机在各种飞行状 况下正常执行任务和安全可靠地运行。
控制要求：航天飞机又是载人航天器和多次 重复使用的，该控制系统的可靠性和安全性等方 面的要求极其严格。
空间飞行器动力学与控制 第九课_航天飞机技术
每套惯性测量单元由四框架平台、电子设备 、输入／输出装置和电源4个主要部分组成。
空间飞行器动力学与控制 第九课_航天飞机技术
惯性测量单元
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。
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。
哈工大的航空航天工程专业介绍
哈工大的航空航天工程专业介绍
哈尔滨工业大学（简称哈工大）的航空航天工程专业是一个历史悠久、实力雄厚的专业。
哈工大的航天工程学科始于上世纪五十年代，是我国最早开设飞行器设计与制造专业的学校之一。
哈工大的航天工程系由哈军工导弹工程系的战术导弹部分组成，于1978年开始招收本科生，培养了大量优秀人才，为我国国防事业的发展做出了重要贡献。
目前，航天工程系主要有飞行器设计与工程、飞行器质量与可靠性两个专业。
其中，飞行器设计与工程专业为黑龙江省重点专业，飞行器质量与可靠性专业为国防特色专业和国防紧缺专业。
在科学研究方面，航天工程系的研究方向涵盖了飞行器设计、力学和材料科学等多个领域，重点开展以舰载机为核心的气动、流固耦合技术、智能材料与结构、民用航天等方面的技术研究。
此外，哈工大还在固体火箭引擎、航天载人系统、卫星应用和导弹仿真等领域具有深入的科研积累和广阔的发展前景。
总体来说，哈工大的航空航天工程专业在学科建设、人才培养和科学研究等方面都有着雄厚的实力和丰富的教学经验。
如需更多关于该专业的信息，建议访问哈工大官网或咨询相关人员。
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
飞行器设计与工程专业本科生培养方案航天学院哈尔滨工业大学
飞行器设计与工程专业本科生培养方案一、培养目标本专业培养具有良好的数学、力学基础和飞行器总体设计、气动设计、结构与强度分析、试验技术等专业知识，能够从事航空航天工程等领域的设计、科研与技术管理等，也可在其它领域从事产品机电一体化设计和控制等方面应用研究、技术开发工作的飞行器设计学科高级工程技术复合型、创新型人才。
二、培养要求本专业的学生应掌握飞行器总体设计、飞行器结构设计、空气动力学、控制系统原理、飞行器制造工艺及设计、实验等方面的基本理论和专业知识，具有飞行器总体设计、气动设计、结构与分析设计、大型先进通用计算软件的应用能力及相关的处理与分析实际问题的能力。
毕业生应获得以下几方面的知识和能力：1.掌握数学和自然科学基础，掌握飞行器设计的基本理论、基本知识；2.掌握飞行器设计的分析方法和实验方法；3.具有飞行器设计的工程能力；4.熟悉航空航天飞行器设计的有关规范和设计手册等；5.了解飞行器设计的理论前沿、应用前景和发展动态；6.掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有一定的科学研究和实际工作能力；7.具有本专业必需的计算、实验、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能和较强的计算机应用能力，对飞行器设计问题具备系统表达、建模、分析求解、论证及设计的能力；8.掌握一门外语，能熟练阅读本专业外文资料，具有一定的听说能力和跨文化的交流与合作能力；9.具有较好的人文艺术和社会科学素养，较强的社会责任感和良好的工程职业道德，较好的语言文字表达能力和人际交流能力；10.了解与本专业相关的法律、法规，熟悉航空航天领域的方针和政策。
三、主干学科航空宇航科学与技术、力学。
四、专业主干课程主要包括理论基础课：理论力学、材料力学、自动控制原理、飞行器结构动力学、计算机辅助设计、可靠性工程、空气动力学；空间飞行器设计方向专业主干课程：航天器轨道动力学、航天器姿态动力学与控制、航天器总体设计；导弹及运载火箭设计方向主干课程：导弹飞行力学、远程火箭弹道学及制导方法、导弹及运载火箭总体设计。
2019哈尔滨工业大学航空宇航科学与技术学科研究生复试大纲
航空宇航科学与技术学科2019硕士研究生招生复试指导科目代码：00112科目名称：航空宇航科学与技术学科复试根据教育部关于加强硕士研究生招生复试工作的指导意见及学校有关要求，航空宇航科学与技术学科硕士研究生招生复试指导确定如下。
一、复试比例及主要内容1、复试由笔试和面试两部分组成，外国语听力考试在面试中进行。
复试的总成绩为280分，其中笔试200分，面试80分。
2、复试笔试科目复试笔试科目设置：航天技术概论、导弹飞行动力学与控制、航天器轨道动力学、多体系统动力学、应用弹性力学基础、流体力学、工程热力学、材料物理导论、材料化学导论。
其中航天技术概论为必选科目，其余八门课程中任选两门作为考试科目。
（1）航天技术概论，占40分。
主要内容：导弹部分：1)导弹的分类和组成及概念；2)动力装置的分类，推力、总冲、比冲等概念；3)空气流动时的基本规律，音速和马赫数的概念；气体流动特性方程；4)气体流动基本方程、激波和膨胀波、升力和阻力、常用坐标系的定义；5)俯仰角、偏航角、滚转角、攻角、侧滑角的定义；6)各种坐标系间的转换关系；7)导弹飞行动力学方程；8)导弹的机动性、稳定性和操纵性、导引规律、制导系统的组成、分类和原理；9)弹道式导弹的结构特点，战斗部系统的作用、组成和分类；10)常规战斗部的工作原理。
航天器部分：1)航天器的分类、航天器的轨道；2)中心引力场中质点的运动（二体问题，三体问题）；3)轨道根数、轨道控制、星下点轨迹、几种姿态控制原理；4)卫星的结构形式、对卫星结构的主要要求、结构材料；5)结构试验航天器的热环境；6)航天器的温度控制方法；7)遥控、测轨原理；8)返回型航天器的分类、防热结构；9)航天飞机的组成、用途，航天飞机的飞行程序；10)空间站分类。
参考书：金永德等. 《导弹与航天技术概论》. 哈尔滨工业大学出版社. 2002年（2）多体系统动力学占80分。
主要内容：1 多体系统拓扑构型的数学描述多体系统拓扑结构；多体系统的分类；多体系统的数学描述(关联矩阵、通路矩阵等基本概念)2 分析力学基础基本概念；动力学普遍方程(动力学虚功原理和虚功率原理)；第二类拉格朗日方程；拉格朗日乘子法；3 多刚体系统的运动学系统运动的矢量和矩阵表示方法；刚体运动描述方法；坐标变换的基本原理和方法；转动的角速度和角加速度；邻接刚体的相对运动关系；4 多刚体系统动力学刚体定点转动运动学和动力学及牛顿-欧拉方法；基于相对坐标的多体系统动力学建模；约束系统的冗余约束分析；5 多体系统的数值仿真分析常微分方程数值求解的基本原理；常用常微分方程数值计算方法及其的稳定性；参考书目：1. 多体系统动力学（第1-6章）齐朝晖2008年科学出版社2. 高等动力学（第1、2、4、6章）刘延柱2001 高等教育出版社（3）应用弹性力学基础，占80分。
飞行器动力工程专业学什么附学习科目和课程
飞行器动力工程专业学什么附学习科目和课程
飞行器动力工程专业学什么附学习科目和课程ﻭﻭ
飞行器动力工程专业介绍本专业设有航空宇航推进理论与工程、系统仿真与控制、机械设计及理论硕士点和博士点以及动力机械及工程、流体机械及工程硕士点等，并设有航空宇航科学与技术、力学博士后流动站。
ﻭ飞行器动力工程专业课程主干学科：机械工程、力学、动力工程与工程热物理、高等数学.主要课程：机械原理及机械设计、电工与电子技术、工程力学、工程热力学、传热学、动力装置原理及结构、动力装置制造工艺学等。
ﻭ飞行器动力工程培养目标与要求本专业培养具备飞行器动力装置或飞行器动力装置等方面的知识,能在航空、航天、、能源、环境等部门从事飞行器动力装置及其它热动力机械的设计、研究、生产、实验、运行维护和技术管理等方面工作的高级工程技术人才.
本专业学生主要学习有关飞行器动力装置的基础理论和基本知识，受到机械工程设计、实验测试和计算机应用等方面的基本训练，具有飞行器动力装置及的设计、实验和运行维护等方面的基本能力。
飞行器动力工程就业前景有相应的硕士/博士学位授予权,毕业生面向航天、航空、船舶、兵器科学技术等领域,主要从事飞行器推进系统及热机系统的理论研究、技术开发、总体论证、方案设计、实验技术研究及技术管理等工作。
2021年攻读研究生比例达5６。
67%。
近年来，本专业毕业生就业率达９５%以上。
空间飞行器飞行动力学(工大教纲)
《空间飞行器飞行动力学》课程教学大纲课程编码： T1180230课程中文名称：空间飞行器飞行动力学课程英文名称：SPACECRAFT DYNAMICS总学时：50 讲课学时：50 实验学时：0习题学时：0 上机学时：0学分：3授课对象：飞行器设计专业、空间环境专业本科生先修课程：高等数学、普通物理、理论力学、自动控制理论教材及参考书：《空间飞行器动力学》，刘暾. 赵钧，哈尔滨工业大学出版社《空间飞行器动力学与控制》，M．H．卡普兰一、课程教学目的《空间飞行器动力学》是一门航天工程专业学生的专业基础课。
本课程主要研究空间飞行器动力学的基本概念、原理和应用，包括轨道动力学和姿态动力学两大部分，其主要任务是培养学生：建立空间飞行器动力学的基本概念，理解飞行器的运动与受力之间的关系，掌握空间飞行器动力学问题的基本分析方法；掌握应用空间飞行器动力学的基本理论，解决一般的空间飞行器动力学应用问题的基本技能；了解空间飞行器动力学理论、方法及其应用的最新发展；掌握使用相关的参考文献、计算机应用软件进行动力学问题研究分析的能力；《空间飞行器动力学》是高等工科院校中航天工程类专业的一门主要课程。
通过该课程的学习，学生可以初步掌握解决空间飞行器动力学问题的基本方法和技能，并了解其他空间飞行器应用问题的动力学依据，为日后从事空间飞行器的动力学及其他的空间飞行器应用专业的研究工作奠定初步的理论基础。
二、教学内容及基本要求轨道动力学部分(上篇)第一章绪论（1学时）概论，齐奥尔科夫斯基公式，单级火箭的极限速度。
第二章空间飞行器的入轨（1学时）运载火箭的运动方程式，纵向平面内的动力学方程，运载火箭导引规律。
第三章空间飞行器的轨道（4学时）两体运动方程的建立、求解，中心引力场中的运动，四种基本轨道的轨道方程、特性及时间方程。
第四章轨道的建立和星下点轨迹（2学时）空间飞行器轨道建立的方法，轨道要素与发射参数的关系，星下点轨迹的描述。
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
航天学院硕士生课程简介
02 航天学院序号：课程编号：02M001课程名称：线性系统理论任课教师：周军刘莹莹英文译名：Linear System Theory先修要求：《线性代数》和《矩阵论》中任一门、《复变函数》内容简介：《线性系统理论》是控制类、系统工程类、电类、计算机类、机电类等许多学科专业硕士研究生的一门公共基础理论课，是控制、信息、系统方面系列理论课程的先行课。
《线性系统理论》是最优估计、最优控制、系统辨识、自适应控制等现代控制理论的基础，系统讲述线性系统的运动规律，揭示系统中固有的结构特性，建立系统的结构、参数与性能之间的定性和定量关系，以及为改善系统性能，满足工程指标要求而采取的各类控制器设计方法。
具体的内容包括：线性系统的状态空间描述、状态空间描述与传递函数描述的关系、线性系统的运动分析、能控性、能观性、稳定性理论、线性反馈系统的状态空间综合方法、线性鲁棒性控制基本理论、线性系统的基本代数理论，以及多变量频域设计方法等。
主要参考书：（1）《线性系统理论》阙志宏主编，西安西北工业大学出版社，1995；（2）《现代控制理论引论》周凤歧等，北京国防工业大学出版社，1988；（3）《线性理论》郑大中编著，北京清华大学出版社；（4）《线性系统理论与设计》[美]陈启宗，科学出版社，1988。
序号：课程编号：02M900课程名称：专业英语任课教师：周军英文译名：Professional English先修要求：专业方面的课程内容简介：本课程作为一种基本的专业英语技能，在阅读和学习与本专业的相关的国外文献资料时，发挥着重要的作用。
因此，主要学习和掌握专业外语的基本语法、句法和结构，通过这门课的学习，期望学生能掌握专业英语的特点；扩大专业英语词汇量，尤其关于本专业有关导弹、航天器、无人机等专业知识方面的英语词汇量；提高专业英语（或科技英语）文章的阅读速度；并进行相应专业英语文献的翻译，在此基础上掌握专业英语的写法，为今后从事工程技术和科学研究工作打下稳固的基础。
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空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行
（2）星际飞行的导航
星际飞行的导航分为以下三种方式： (1)天文导航：在航天器上对选做基准的天体进 行角度测量，据此确定航天器的位置和速度。 由于轨道为三维坐标，必须测量3个角度才能确 定。这3个角度将构成一个三角架形的定位点，其中 两足(两颗行星或一颗行星和太阳)之间的距离是已 知的，因而可以作为测量基线。
空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行
利用该式可以算出，地球相对于太阳的作用范 围半径为930 000 km。近地空间即是以地球为中心， 930 000 km为半径的球面内空间。月球相对于地球 的作用范围半径为66 000 km。在太阳系和行星中， 类木行星(包括木星到海王星的几个行星)由于质量 大，离太阳的距离远，所以它们的作用范围半径很 大。
空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行
根据引力作用范围可以把行星际飞行简化为多个 不同的二体摄动问题。
行星的作用范围半径可按下式计算，该式适用于 任何两个一大一小的天体。求出小天体(如行星)相 对于大天体(如太阳)的作用范围半径为
(8．26) 式中，M，m分别为大、小两个天体的质量；r为两个 天体中心间的距离。
(3) 与目标行星相遇轨道(行星中心轨道)：这 一段轨道在目标行星作用范围内，航天器只受目标 行星引力的作用。
空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行
行星际航天器的大部分飞行是在单个天体—— 太阳的引力作用下进行的，只在整个飞行过程中的 很短一段时间内，航天器的轨道才由它飞离和到达 的行星决定。
空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行
(1) 摆脱地球引力轨道(地心轨道)：从地球上 发射到地球作用范围的边界，在这一段轨道上，航 天器处在地球引力的“影响球”范围内。
(2) 日心过渡轨道(日心轨道)：从地球作用范 围边界到目标行星作用范围边界，在这一段轨道上， 太阳为基本引力体。航天器的这一运动阶段也称为 中途飞行阶段。
空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行
上述4种轨道从地球到目标行星的飞行航线如图 10-18所示。从图中得知，霍曼轨道飞行时间最长， 其次为一般椭圆轨道，然后是抛物线轨道，双曲线 轨道飞行时间最短。
霍曼轨道不仅飞行时间长，而且要求较高的制 导精度。目前行星际飞行大多采用双曲线轨道。
空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行
当航天器沿着日心轨道飞行时，其他行星对它 的干扰可以忽略不计。因此行星际飞行轨道的设计 主要是航天器在中途飞行阶段日心轨道的设计。
空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行
行星际航天器飞行的轨道大致有4种，如图Fra bibliotek0－ 18所示。
图10.18 行星际飞行轨道
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根据目前科学技术水平，可以这样说，行星际 飞行是可以实现的，而恒星际飞行还只是一个伟大 理想。将来若有可能实现这个理想，首先必须大大 增加飞行速度(接近光速)。那时将产生一系列新问 题。例如，要用相对论力学的规律设计轨道，必须 制造出新型超级燃料和火箭，此外还有一些人们现 在无法想到的问题。
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（1）星际飞行的轨道
卫星等航天器都是在地球附近围绕地球运动的， 称之为近地空间航行。所谓近地空间是指地球引力 的作用范围，在这个作用范围内的运动可以看作是 在地球引力场内的运动，基本上是二体运动。
在地球引力作用范围之外的行星际空间称为深 空间，当航天器超出地球引力作用范围进行深空间 航行时，航天器的运动要同时考虑太阳、地球和其 他行星引力的作用，是多体运动，这是行星际飞行 的一个特点。
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应用引力作用范围的概念，可以把航天器星际 航行的多体运动问题转化为航天器在不同飞行阶段 处于不同天体引力作用范围时的多个二体问题。这 实质上是假设航天器从地球出发飞往目标行星的过 程中，任一时刻只受到对其运动影响最大的天体的 引力作用。
根据上述假设，可将行星际航天器飞往目标行 星的轨道分为三段：
行星际飞行的航天器经过中途飞行阶段后到达 目标行星的附近，此后相对于目标行星的运动不外 乎3种方式：
(1) 临近飞行：航天器从目标行星附近飞过； (2) 轨道飞行：航天器成为目标行星的卫星； (3) 登陆飞行：航天器在目标行星上着陆。 目前世界上已发射的各种星际航天器都是以这3 种方式来完成对行星的探测任务的。它们在目标行 星附近的运行轨道与在地球周围的运行情况相似。
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空间飞行器动力学与控制
第十课_行星际航行
曹伟 飞行器动力学与控制研究所
2009年秋季学期
空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行
一、行星际飞行
星际飞行是行星际飞行和恒星际飞行的统称。 当空间飞行器具有第二宇宙速度11.2 km／s时，可以 脱离地球引力进入行星际飞行轨道；当具有第三宇 宙速度16.7 km／s时。可以脱离太阳引力，进入恒星 际飞行轨道。也有人把行星际飞行，包括围绕地球 的飞行，称为航天，把恒星际飞行称为航宇。
与此相反，当目标行星轨道位于地球公转轨道 之内时，航天器在中途阶段的霍曼转移轨道于远日 点内切于地球轨道，于近日点外切于目标行星轨道。
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(2) 一般椭圆轨道：轨道偏心率e为0<e<1，与 第一种轨道的区别在于它不是能量最经济的轨道；
(3) 抛物线轨道：e=1； (4) 双曲线轨道：e>1。
(1) 霍曼(Hohmann)轨道：也称为双切轨道，是 将航天器从地球轨道上送到目标行星轨道上去的能 量最经济的日心轨道。
当目标行星的轨道位于地球公转轨道之外时， 航天器的霍曼转移(或称过渡)轨道外切于地球轨道， 内切于目标行星轨道，并以太阳中心为焦点，近日 点在地球轨道上，远日点在目标行星轨道上。