航天器交会对接逼近段控制研究进展
飞行器交会对接动力学分析
飞行器交会对接动力学分析一、飞行器交会对接的概述在航天领域中，飞行器交会对接是一个关键性的技术。
飞行器交会对接是指将两个或多个飞行器通过各种方式连接在一起的过程。
这项技术的核心是在空间范围内有效的接近目标对象，并确保与目标对象之间的距离和速度非常接近，以便成功的进行对接。
由于这项技术涉及到很多方面，如机构设计、控制系统和动力系统等，所以需要进行详细的动力学分析来确保整个操作过程的安全稳定。
二、飞行器交会对接的动力学分析2.1 飞行器交会对接的动力学模型在进行飞行器交会对接的过程中，需要考虑飞行器在空间中的位置和姿态、速度和加速度等因素对接过程中的影响。
为了更准确地进行飞行器交会对接的动力学分析，需要建立一个完整的动力学模型，包括运动方程、旋转方程和控制方程等。
2.2 飞行器交会对接过程中的控制策略为了保证飞行器交会对接的安全性和稳定性，需要合理的控制策略。
在交会对接过程中，可以使用各种控制方法，如自适应控制、非线性控制和模糊控制等。
这些控制方法可以根据具体的情况进行选择，并根据实验结果对其进行优化和改进。
2.3 飞行器交会对接的动力学分析与实验验证在进行飞行器交会对接的动力学分析时，需要同时进行实验验证。
通过实验验证可以有效的检测、验证和改进飞行器交会对接的动力学模型和控制策略。
实验中，需要精确测量飞行器的位置和姿态，以便在对接过程中进行更加精确的控制和导航。
三、飞行器交会对接的研究进展3.1 飞行器交会对接的新型技术随着科技的不断发展和应用，飞行器交会对接技术也在不断演化。
目前，航天领域中的研究人员正在不断尝试新的技术，如无人机进行的空中加油，能量捕获和转移系统等，以确保更加精确和安全的飞行器交会对接过程。
3.2 飞行器交会对接的未来发展趋势未来，飞行器交会对接技术将进一步得到完善，并被广泛应用于航天探索、水下勘探、采矿等领域。
此外，还可能在航空领域中应用，比如无人机进行的空中加油和人员转移等。
交会对接步骤详解
交会对接步骤详解佚名【摘要】神舟八号载人飞船与天宫一号目标飞行器整个交会对接过程分为交会对接准备段、交会段、对接段、组合体飞行段和撤离段。
【期刊名称】《太空探索》【年(卷),期】2011(000)012【总页数】1页(P15-15)【关键词】交会对接;详解;对接过程;载人飞船;飞行器;组合体【正文语种】中文【中图分类】V526神舟八号载人飞船与天宫一号目标飞行器整个交会对接过程分为交会对接准备段、交会段、对接段、组合体飞行段和撤离段。
交会对接准备段：载人飞船发射前，天宫一号目标飞行器降低轨道并调整朝向，完成交会对接准备。
交会段：飞船发射入轨后，首先在地面测控的导引下，经过数次变轨转移到目标飞行器后下方，与目标飞行器建立稳定的空空通信链路；然后，飞船开始自主导航，导引至距天宫一号适当距离停泊点。
最后，飞船切换为CCD光学成像敏感器导航。
在有航天员参与的情况下，航天员也可通过手控摄像机和控制手柄手动控制，引导飞船继续向天宫一号目标飞行器靠拢，直到这两个航天器上的对接机构开始接触。
对接段：对接机构接触后，通过捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程，最终实现两航天器刚性连接，形成组合体。
交会对接过程示意图组合体飞行段：无人参与的情况下，检查舱内密封情况后，两个航天器开始组合体飞行。
在载人航天交会对接任务中，此时，开始检查舱内密封情况，确认没有问题后，航天员打开舱门，通过对接通道，进入天宫一号中，同时将随身物资也搬运到天宫一号中。
航天员在天宫一号中工作、休息和锻炼，在飞船上就餐。
任务完成后，返回到飞船中，关闭舱门，进行撤离准备。
撤离段：对接机构解锁，两个飞行器分离，撤离到安全距离。
此后载人飞船返回，天宫一号继续自主飞行，等待下一次任务。
中国载人航天二期工程的又一个战役——交会对接已经开始了，随着交会对接任务的成功实施，中国在近地轨道上，打下了空间实验室建设的第一块基石，当然，有了空间实验室，离中国的空间站也已经不远了，在2020年左右，我们就将看到中国的空间站日夜不停地遨游在地球外层空间的近地轨道上。
交会对接最后逼近段姿轨耦合控制
交会 对 接最 后 逼近 段 姿轨 耦合 控 制
李 鹏。 陈兴林 宋申民 李敏 利 ， ， ，
（． １ 湘潭 大学 信 息 工程 学 院 ， 南 湘 潭 ４ １０ ； ． 尔滨 工 业 大 学 航 天 学 院 ， 龙 江 哈 尔滨 １００ ） 湖 １ １５ ２哈 黑 ５０ １
摘
要： 针对交会对接最后逼近段的制导律和姿态控制律的设计 问题 ， 首先对逼近段轨道 与姿 态的耦合 问题进行 了
ａ ｐ ｏ ｃ ｈ ｓ ． Ａｆｅ ｈａ ，ａ ｂ ｅｉ ｅ ｇ ｉ ａ ｃ ａ ａ ｅ ｎ ｔｅ Ｈｉｌｅ ｕａｉｎ ｗａ ｅ ｉｎ ｄ Ｔ ｔｉ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｐ ｒａ ｈ ｐ ａ ｅ ｔ ｒｔ ｔ ｅ ｌｎ ｕ ｄ ｎ ｅ ｌ ｗ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｌ ｑ ｔｏ ｓｄ ｓｇ ｅ ． ｈｅ ａｔｔ ｏ ｔｏ ｕｄ ｓｒ ｔ ｇ ｈ ｗｎ ｈ ｒ ｅ ｈ ｔａｅ ｙ ｓ ｏ ｅ ｅｕｓ ｄ ｔ ｅ ＨＯＳ ｃ ｎ ｒｌｅ ． Ｌａ ｔ Ｍ ｏ ｔｏｌｒ ｓｌ ｙ，ｗｉ ｈｅｈ ｌ ｆＳ ｍ ｕｉ ｋ ｓ ｆ ｒ ｔ ｔ ｅｐ ｏ ｉ ｌ ｏ ｔ ｅ，ａ ｓｍｕ ａｉｎ ｗａ ａ ｒｅ ｈ ｎ ｗａ ｉ ｌｔｏ ｓｃ ｒｉｄ
中图 分 类 号 ： Ｐ ８ Ｔ ９ １２ 文 献 标 志 码 ： 文章 编 号 ：６ ３ ７ ５ ２ １ ）６０３ －４ Ｔ Ｉ ；Ｎ １．３ Ａ １７ ４ ８ （００ ０ －５００
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎ ａ ｔｔ ｄ ｎ ｒ ｉ ｏ ｐ ｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ｔｉｕ ｅ ａ ｄ ｏ ｂ ｔｃ ｕ ｌ ｏ ｔ ｏ ｎ ｏ ｅ ｈ ｎ ｌａ ｐ ｏ ｃ ｈ ｓ ｆｒ ｎ ｅ ｖ ｕ ｎ ｏ ｋ ｎ ｖ ｒ ｔ ｅ ｆ ａ ｐ ｒ ａ ｈ ｐ ａ ｅ ｏ ｅ ｄ ｚ ｏ ｓ ａ ｄ ｄ ｃ ｉ ｇ ｉ
航天器非合作交会一体化控制仿真研究
Simulation of Integrated Control for Non-
Cooperative Rendezvous of Spacecrafts 作者： 刘歌群[1];顾冬晴[2,3];刘晓坤[2,3]
作者机构： [1]上海理工大学,上海200093;[2]上海宇航系统工程研究所,上海201109;[3]上海空间机器人工程技术研究中心,上海201109
出版物刊名： 科技创新与应用
页码： 12-15页
年卷期： 2020年 第32期
主题词： 交会对接;一体化控制;仿真
摘要：非合作交会对接对于航天器在轨服务异常重要。
文章研究了航天器姿轨一体化的6自由度交会控制仿真技术。
文章建立了航天器轨道计算、姿态计算、相对位置计算和控制律计算仿真模型,通过对典型停泊点参数跟踪控制效果的计算,验证了所设计仿真模型的正确性。
交会对接任务两目标协同控制技术研究
载
人
航
天
Ｖ ０ １ ． ２ ０ Ｎｏ ． １
Ｍａ ｎ ｎ ｅ ｄ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｌ ｆ ｉ ｇ ｈ ｔ
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ４
交会对接任 务两 目标协 同控， 刘 勇 ， 赵焕 洲
（ 北京 航天飞行控制中心 ， 北京 １ ０ ０ ０ ９ ４ ）
摘要 ： 在 载人航 天 工程 交会 对接任 务 阶段 ， 北 京航 天飞行 控 制 中心首 次 实现 了真正 意义上 的 两 目标协 同控 制 ， 完成 了协 同体 系构建 、 协 同模 式 研 究、 协 同技 术攻 关、 协 同方 案设 计 、 协 同 系统 研 制 的 完整技 术演 进过程 。本 文主要 目标 是对 交会 对接 任务 北 京 中心的 两 目标 协 同控制 技 术 研 究成 果进 行 总结 ， 主要 涉及 在 交会 对接任 务 协 同控 制技 术体 系构建 、 两 目标 关联 计 划 工作模 式、 两 目标 注入 安排 协 同设计 与 实施 的经验 与 不足 ， 通过 对协 同 系统在 交会 对接 任务 中的 实战 应 用情 况 ， 分析 交会 对接 任 务在协 同 自动化 手段 方 面的 成果 和后 续 改进 完善 方向 ， 为后 续 空间 站任 务 设计 和 实现 更复 杂的 多 目标协 同控 制体 系积 累经验和 教训 。 关 键词 ： 载人 航 天 工程 ； 交会 对接 ； 协同； 控 制 中图分 类 号 ： Ｖ ５ ２ ６ ； Ｖ ５ ５ ６ 文献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ４ ． ５ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １ — ０ ０ ２ ６ － ０ ６
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｃｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ
基于CEI的航天器交会对接段的轨道监控
＋ Ｎ 一 一 一 ＪＡ ￡ 一，￡ Ｊ ｊ ） （ Ｊ Ａ。ｋ Ｐ ＋△ …＋￡ （） Ｒ （ ） （ ） — Ｒ （ ～， 。 ）＋Ｃ ｔ ＋△ … １ ０ １
式中 和 Ｎ 分别 为相 位观 测量 和整 周模 糊 度 ； 为卫 星 下 行波 段
的信号 波长 ；ｒ币 、Ｒ 眦 分别 为卫 星 和基 线 两端 台 站 Ａ、Ｂ的位 置 向量 ；Ａ 为 两 站 钟差 互 差 ；△ 为 站 问 大 气传 播 延 迟 的残 已在进行 自主式 空间交会 对接所需 测量设 备 的研 制 ；欧空局 和 日本也 在开展 这
方面 的研 究工作 ，方案 之一就 是利用 ＧＰ Ｓ作 为测 量手 段 。本 文 主要是 基 于 中短基 线 相位 干涉 测 量
（ ｏ ｎ ｃｅ —ｌｍｅ ｔＩｔｒｅｏ ｔｙ Ｃ Ｉ技 术展开讨 论 。Ｃ Ｉ Ｃ ｎ ｅｔｄｅ ｅ ｎ ｎ ｅｆｒ ｍｅｒ ， Ｅ ） Ｅ 技术 是一种 基 于飞行器 下行 信号 的被
关键词 中短 基线相位 干 涉测量 交会 对接
整周模 糊度
扩展卡 尔曼滤波
航 天器
１ 引 言
运输 飞船 与 目标 飞行器 的交会对 接 以及建 立空 问实验室将 是 中国航天 领域下 一阶段 要实现 的 目 标 。其 中 ，交会 对接 的远距离 导引及 近距离第 一次导 引 的实 时高精度 测定轨 ，是 急需 解决 的问题 之
差 ，包括对 流层 和 电离 层 的传 播误 差 的影 响 ；Ａ 为仪 器 延迟 引起 ｐ 的距离误差 ；ｅ 观测 噪 声 。这 样 ，每 个 时刻 均 得 到 两条 基 线 上 的 为 两 个高精度 观测量 。由于卫 星轨 道误 差 绝 大部 分体 现 在它 在 有效 基 线 方 向上 的投影 ，因此 两条 正交 基线 是 决定 静地 卫 星 二维 角 坐标 及 其变 化信息 所必需 的 ，结 合 卫 星 的动力 学模 型 ，就 能 够确 定完 整 的
神舟八号飞船交会对接制导、导航与控制系统及其飞行结果评价
Ａｅ ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌａ ｄ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｒ ｓ ａ ｅ Ｃｏ ｔｏ ｎ ｐ ｉ ａｉｎ
２１ ０ １年 １ ２月
神 舟 八 号 飞 船 交 会 对 接 制 导 、 航 与 控 制 系 统 导 及 其 飞 行 结 果 评 价
（ ．Ｂ ｉｎ ｎｔｕ ｏｔ ｌ ｎ ｉ ｅｉ ， ｅｉ ０ １ ０ ｈｎ ； ｅｉｇＩｓ ｔｔ ｏ Ｃ ｎｒ ｇｎ ｒ ｇ Ｂ ｉｎ １０ ，Ｃ ｉａ ｊ ｉ ｅｆ ｏＥ ｅ ｎ ｊｇ ９
２ ｃｅ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ ｏ ｐ ｃ ｎｅｌ ｅ ｔＣ ｎｒｌＬ ｂ ｒ ｔｒ ．Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｓ ａ ｅＩ ｔ ｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｏａｏｙ，Ｂ ｒｎ １ ０，Ｃ ｉａ） ｌｇ ｏ ｅ ｉｇ １ ０ ０ ９ ｈｎ Ａｂ ｔａ ｔＴ ｅ Ｓ ｅ ｚ ｏ 一 ｐ ｃ ｃａ ｕｄ ｎ ｅ， ａ ｉａｉｎ ａ ｄ ｃ ｎｒｌ ＧＮＣ）ｓｓｅ ｓｒ ｃ ： ｈ ｈ ｎ ｈ ｕ ８ ｓ ａ ｅ ｒｆ ｇ ｉａ ｃ ｎ ｖｇ ｔ ｎ ｏ ｔ （ ｔ ｏ ｏ ｙ ｔｍ，ａ ｄｗｏｋｎ ｒ — ｎ ｒ ｉｇｐ ｉ ｎ ｃｐｅ ，ｒｎ ｅｖ ｕ ｎ ｏ ｋｎ （ ＶＤ） ｐ ａｅ ｐ ｒ ｔ ｎ，ｓｓｅ ｍｐｅ ｎａｉｎ ｃ ｎ ｅｎ ｒ ｎｒｄ ｃ ｄ ｉｌｓ ｅ ｄ ｚ ｏ ｓａ ｄ ｄ ｃ ｉｇ Ｒ ｈ ｓ ａｔ ｉ ｉｏ ｙ ｔｍ ｉ ｌｍｅ ｔｔ ｏ ｃ ｒ ｓａｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｏ
Ｒｅ ｕ ｔ Ｅｖ ｌ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ Ｒｅ ｄｅ ｖ ｕ ｎｄ Ｄｏ ｋ ｎｇ ｓ ｌ ａ ｕ ｔｏ ｏ ｎ ｚ ｏ ｓ ａ ｃ ｉ
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精准对接!太空再现“万里穿针”神技
精准对接!太空再现“万里穿针”神技作者：来源：《华声文萃》2022年第11期2021年5月30日5时1分，天舟二号货运飞船入轨后顺利完成入轨状态设置，采用自主快速交会对接模式，精准对接于天和核心舱后向端口，整个过程历时约8小时。
“万里穿针”神技再现太空。
快速交会对接如何实现空间交会对接是载人航天活动的三大基本技术之一，也是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件，复杂度高、精准度高、自主性要求高、安全性要求高。
“以往飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要大約2到3天时间，过程中还需要大量的人工参与。
而此次天舟二号与天和核心舱对接，整个过程历时约8小时，不用地面干预，就像无人驾驶汽车一样。
”中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船副总设计师党蓉说。
快速交会对接不仅可以缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间，也可以保证一些“时鲜货”——比如生物制剂等尽快送达空间站。
如果空间站等航天器突遇紧急情况，快速交会对接可以迅速做出反应，向空间站提供各种急需的物资或救助被困的航天员。
此次交会对接是我国在轨进行的第二次快速交会对接，与上一次2017年天舟一号货运飞船与天宫二号飞行器的交会对接相比，此次对接中，天舟二号货运飞船增加了“全相位全自主交会对接方案”。
“全相位”就是无论目标飞行器在入轨时和空间站相距多少，天舟都能以最快速度或者在规定时间点实现对接，而不用专门根据空间站的位置来选择飞船发射时间，真正实现了全天候发射。
“全自主”就是从飞船入轨到交会对接成功，全程不需要人工干预，飞船上的控制器自主规划完成。
相比天舟一号，天舟二号增加了远距离自主导引，飞船可以利用北斗导航的位置信息实现远距离全自主导航计算及其制导与控制。
手控交会对接和自动交会对接是空间交会对接系统的左右手，互为备份，是系统可靠性的重要保障，天舟二号飞船也装备了手控系统。
在货运飞船与空间站交会对接的最后平移靠拢段，手控系统具备支持空间站内航天员进行手控遥操作实现前向或后向交会对接或撤退撤离的能力。
空间交会对接测量技术的研究
空间交会对接测量技术的研究作者：杨至楷来源：《中国新通信》 2018年第23期一、引言空间交会对接技术分为交会和对接两个部分。
“交会”表示两个航天器在预定时间内达到同一空间位置；“对接”指的是两个航天器接近并通过特定装置连接，构成一个组合体。
两个航天器间的各项参数的精确测量是实现空间交会对接的关键技术。
测量技术经过半个世纪的发展，其精确性和可靠性有了长足进步。
应用的测量系统主要有微波雷达、激光雷达、光学成像敏感器、GPS/ 相对GPS(RGPS) 导航定位系统等。
本文在综述空间交会对接技术国内外发展现状的基础上，重点论述了空间交会对接的测量技术，并展望了交会对接测量技术的发展趋势。
二、空间交会对接技术概述在空间交会对接的两个航天器中，一个称为目标飞行器，是准备对接的目标，它既可以是空间站、空间实验室等大型航天器，也可以是空间中失控或出现故障的航天器；另一个称为追踪飞行器，是地面发射的载人/ 货运飞船、航天飞机等，是与目标飞行器对接的对象。
追踪飞行器从发射入轨到最后与目标飞行器完成交会对接，整个过程大致可分为地面导引、自动寻的、最后逼近、对接合拢四个阶段。
空间交会对接任务的基本组成框图如图1 所示。
2.1 空间交会对接的关键技术空间交会对接的关键技术主要包括跟踪测量技术、姿态和轨道控制技术、对接机构技术和地面测量与控制等4 大技术。
2.1.1 跟踪测量技术跟踪测量技术是指两个航天器在空间交会对接时，依靠器载敏感设备对两个航天器的相对姿态、相对位置与相对速度进行精确测量的技术。
跟踪测量技术是实现对接的基础，测量的精确与否对于对接成败起着至关重要的作用。
2.1.2 姿态和轨道控制技术姿态控制技术是指通过飞轮或喷气控制，确保目标飞行器与追踪飞行器实现稳定飞行，并且保证在对接过程中对接面轴向始终在同一直线上；轨道控制技术是指通过轨控发动机，利用霍曼变轨原理或其他变轨原理，使得两个航天器处于同一轨道，并且使追踪飞行器逐渐逼近目标飞行器，最终以接近于零的相对速度互相接近。
国外空间交会对接简况与故障统计
国外空 间交会对接 简况
航天器 交会对接 指的是两个航天器 （ 宇宙飞 船、航天飞机、空间站舱组件等 ）在太空轨道上会
故 。１ ２月 １ ５日上 午 ８时 ２ ７分 “ 子星 一６ 双 ”飞船 再 次发 射成 功 。“ 子星 ６ 双 ”此行 任 务是 与正在太
空飞行的 “ 双子星 一７ ”交会 。“ 双子星一６ ”飞船
近 时相距 约 ０３米 。４小 时后 ，“ 子星 一６ － 双 ”飞船
行 。太空交会对接是实现空间站、航天飞机 、太空
平 台和 空 间运输 系 统 的太空 装配 、回收 、补给 、维
修地面导引、 自 动寻的、最后
接近 和 停靠 、合拢接 合 四个 阶段 。根 据航 天 员及 地 面站 的参与程 度 和智 能控 制 水平 ，交 会对 接 的控制
载人航天信 息 ２ １ 年第 ５ ０ １ 期
・交 会 对 接
・
国外空 间交会对接简况 与故 障统计
摘要：在我 国首次空间交会对接任务之 际，本文简述了国外空间交会对接技术的发展 简况，并将其任务中 出现的各种对接故障及异常情况进行 了统计，￣Ｏ 各级领导及科研人员参考 。 ：ｒ ｚ， －
回地 面 。
１６ ９ ８年 ４月 １ ４日 苏联发射 “ 宇宙 －２ ２ １ ”无人
飞船 ，与 ４月 １ ５日发射 的 目标船 “ 宇宙 －２ ３ １ ”实现
自动 交会对 接。
“ 子星 一７ 双 ”飞船 作 为交会 的 目标船 于 ｌ ２月 ４ 日从卡纳 维 拉尔 发射 。１ ２月 １ 日发射 双 子星 ２
斯 ・ 弗尔 。 洛
１６ ９ ７年 １ ０月 ３ ０日，苏联发 射 “ 宇宙 一 １８ ８” 无 人飞 船 ，飞行 至第 ４ ９圈时与 “ 宙一 １６ 宇 ８ ”飞船
课题研究“神舟八号”与“天宫一号”的空间交会对接
课题研究“神舟八号”与“天宫一号”的空间交会对接李维兵【摘要】以“神舟八号”与“天宫一号”空间交会对接为课程资源，引导学生开展关于对接过程中的课题研究活动．【期刊名称】《物理通报》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】2页(P49-50)【关键词】神舟八号;天宫一号;变轨;对接【作者】李维兵【作者单位】南通高等师范学校,江苏南通226100【正文语种】中文【中图分类】V5262011年9月29日，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号F运载火箭将“天宫一号”目标飞行器发射升空.11月1日，“神舟八号”又成功发射.11月3日凌晨，“神舟八号” 与“天宫一号”目标飞行器实现空间交会对接(图1)，形成组合体.成功对接标志着中国继美国、俄罗斯成为世界上第三个自主掌握并成功实施航天器空间交会对接技术的国家.由于交会对接过程中，涉及中学物理的天体运动中的变轨、追及等问题，因此教师可以很好地引导学生来开展一个与航天器交会对接的课题研究活动，一方面对中学教材的补充，使学生掌握最新科技动态；另一方面可以培养学生学习物理的兴趣和爱好.课题研究如下.图1 两航天器空间交会对接模拟图1 课题准备提前两周将课题任务布置给学生，让学生在课余时间利用广播、电视、报刊、因特网等查找关于“神舟八号”和“天宫一号”对接以及交会对接技术的相关资料，并思考如何运用中学物理中的圆周运动、万有引力定律、宇宙速度等知识来解决实际问题.2 课题探讨(1)教师通过视频展示“神舟八号”与“天宫一号”交会对接的录像并提出要探讨的问题.1)了解空间交会对接；2)“神舟八号”从发射后到对接成功，可分几个阶段；3)“神舟八号”与“天宫一号”交会对接意义.(2)学生分组按要求整理搜集到的资料1)空间的两个航天器在同一时刻以同样的速度到达同一个地点的轨道控制过程及结果称做轨道交会.在空间将两个航天器对接起来形成一个航天器称做空间对接. 2)“神舟八号”从发射后到对接成功可分两个阶段.首先是变轨阶段.“神舟八号”从地面发射升空后，在地面指令引导下，经过5次变轨控制，飞抵“天宫一号”后下方约52 km处，转入自主控制飞行状态；再经过4次自主变轨控制，抵达距“天宫一号”约5 km的对接入口点.飞船暂停“脚步”，等待地面对两航天器相对导航计算结果进行确认.其次是对接阶段.“神舟八号”船载发动机再次点火，继续飞向“天宫一号”，在相对距离400 m停泊点，驻足约3 min，以0.5 m/s的相对速度接近“天宫一号”，进入相对距离30 m停泊点，“神舟八号”以0.2 m/s的相对速度，向“天宫一号”缓缓靠拢.3)“神舟八号”与“天宫一号”交会对接的意义主要体现在四个方面.一是为我国将来运行的空间设施提供物资补给和人员运输服务作准备；二是为我国将来的空间设施的建造和运行服务作准备；三是为将来进行空间飞行器重构以实现系统优化作准备；四是为我国将来载人登月和升空探测任务作准备.因此，“神舟八号”与“天宫一号”成功对接是发展航天技术、增强人类探索和开发太空资源能力的一项重大关键技术.(3)全班交流、讨论、归纳，教师适时引导、点拨.3 课题应用教师通过幻灯片和讲义展示，结合中学阶段所学的知识，举例来分析变轨和对接问题.(1)关于变轨过程中的问题讨论【例1】若“天宫一号”能在离地面约300 km高的圆轨道上正常运行，“神舟八号”从地面发射后，在对接前，经过5次变轨控制，飞抵“天宫一号”后下方约52 km处，转入自主控制飞行状态.再经过4次自主变轨控制，抵达距“天宫一号”约5 km的对接入口点.下面说法中正确的是A.“神舟八号”的发射速度应大于第二宇宙速度B.在关闭发动机,飞船暂停“脚步”时，“神舟八号”的加速度小于“天宫一号”的加速度C.在每次变轨的瞬间,“神舟八号”发动机需点火加速D.在每次变轨的瞬间,“神舟八号”发动机需点火减速启发学生分析：由于“神舟八号”是绕地球运行的飞行器，所以发射速度大于7.9 km/s,而小于11.2 km/s.选项A错误.在关闭发动机时，万有引力完全提供向心力，即此时“神舟八号”做圆周运动的轨道半径小于“天宫一号”的轨道半径，故“神舟八号”的加速度大于“天宫一号”的加速度，选项B错误.在每次变轨的时候，“神舟八号”从低轨道向高轨道接近，应该做离心运动，万有引力要小于向心力，故发动机要点火加速.选项C正确；选项D错误.所以本题答案为选项C.(2)关于对接过程中的问题讨论【例2】若对接前的某段时间内，“神舟八号”与“天宫一号”已经处在同一圆形轨道上顺时针运行，如图2所示，则在“神舟八号”的发动机点火追赶“天宫一号”，两飞行器实现成功对接的过程中，下列说法正确的是A.“神八”飞船和“天宫一号”的角速度相同B.“神八”飞船比“天宫一号”的角速度大C.对接过程中，“神八”飞船应向运动的后上方喷气以实现加速追赶同轨道的“天宫一号”D.对接过程中，“神八”飞船应向运动的后下方喷气以实现加速追赶同轨道的“天宫一号”图2 两航天器成功对接的示意图启发学生分析：由题意可知，对接前的某段时间内，两船已经处在同一圆形轨道(图3).此时“神舟八号”的速度比“天宫一号”大.故“神舟八号”的角速度大.选项A错误，选项B正确.对接过程中实现的是同轨道加速，需要“神舟八号”的速度要比“天宫一号”大点，通过喷气加速，使得切线方向有力，即F2=F切，由于“神舟八号”速度大了，所需的向心力就比万有引力大，为了使运动轨道不变，即此时喷气使得在法线方向也有力，即F万+F1=F向.图3 航天器对接的受力分析要使“神舟八号”与“天宫一号”对接成功，发动机提供的动力应该如图3所示，喷气的方向应该是F1和F2的合力F的反方向，所以“神舟八号”应向运动的后上方喷气以实现加速追赶同轨道的“天宫一号”.4 课题跟踪带着课题研究的热情和兴趣，继续关注航天事业，“神舟八号”和“天宫一号”成功对接，意义十分重大.不久将迎来“神舟九号”的对接，和“神舟十号”的载人对接.今后的载人飞船发射时间间隔将大大缩短，目标飞行器发射当天就可以发射对接飞船，将更好、更快捷地服务于太空空间站建设.同时“神八”成功对接，标志中国人转移到其他星球上居住和生活将不再是幻想，完全有能力开发出更加美好的生活空间，来解决将来中国生活空间越来越拥挤的现状.。
空间站控制、交会对接及其仿真技术
空间站控制、交会对接及其仿真技术
林来兴
【期刊名称】《中国航天》
【年(卷),期】1987(000)012
【摘要】永久性载人空间站是本世纪末最巨大的航天工程。
本文概述了空间站姿态控制、轨道维持、自主交会对接及其多自由度半物理和全物理仿真技术。
【总页数】5页(P33-37)
【作者】林来兴
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】V526
【相关文献】
1.航天飞机与“国际空间站”交会对接一瞥 [J], 柯普
2.空间站脉冲编码被动式交会对接合作目标三维跟踪 [J], 崔家瑞;陈鹏;胡广大
3.中国离建立自己的空间站越来越近——中国实施载人航天工程首次交会对接任务全纪实 [J], 陈立
4.空间站交会对接的一种智能控制方法与仿真 [J], 徐肖豪;刘淑祥
5.航天飞机与空间站的交会对接控制 [J], 王旭东;孙全性
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椭圆轨道非合作目标交会接近策略与控制
椭圆轨道非合作目标交会接近策略与控制徐李佳;胡勇【摘要】文章研究了追踪航天器与失控旋转非合作目标航天器在椭圆轨道中的交会接近策略与控制.在接近策略方面,首先,根据目标航天器大致结构设定一个安全的停泊点,使追踪航天器交会至停泊点;其次,通过在停泊点对旋转目标航天器姿态的观测,分析和预测其运动并确定合适的抓捕点位置,设计安全的接近轨迹,使追踪航天器沿着该轨迹接近至理想的抓捕实施点位置.在控制方面,考虑实际系统中的不确定性,只利用两航天器之间相对位置的测量信息,设计基于特征模型的自适应控制方法实现交会接近.最后通过数学仿真模拟整个交会接近过程,验证了文中所提出的接近策略和控制方法.【期刊名称】《中国空间科学技术》【年(卷),期】2015(035)006【总页数】11页(P1-11)【关键词】椭圆轨道;非合作目标;失控旋转;交会接近;特征模型;航天器【作者】徐李佳;胡勇【作者单位】北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100190;北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100190【正文语种】中文交会对接技术是空间任务中的关键技术之一。
随着航天任务的发展，针对圆轨道合作目标的交会对接技术已不能满足一些特殊的任务要求，如处理失效卫星或空间碎片，捕获、维修在轨故障卫星，捕捉或登陆小行星等。
这些任务引出了交会对接新的研究方向，即椭圆轨道非合作目标的交会对接、抓捕技术。
在交会对接、抓捕任务中，目标轨道为椭圆轨道相比为圆轨道的情况要复杂许多。
考虑近距离交会段，一般用线性时不变的C-W方程来描述圆轨道情况下的相对运动，而对于椭圆轨道则用时变的T-H方程来描述。
针对T-H方程中的时变参数项，文献[1-2]利用已知的轨道信息补偿时变项并设计反馈控制律。
文献[3-4]只利用相对位置和相对速度的测量信息，设计自适应控制律。
文献[5]采用以真近点角为自变量的方法设计控制律来实现两航天器的交会。
交会对接最终逼近段制导控制律设计方法研究
最终逼近阶段 的相对运动方程建立在 目标飞行器
等提 出了一种 基 于直 线 型 轨迹 逼 近 的制 导 方 法 ，
轨道坐标系 Ｏ ｙ 内 ， ｘｚ 其相对运 动 Ｈｌ方程如下所示 ： ｉ ｌ
一
２ ＝ ０ ＆
使速度 随距离 的减 小 而 呈 指数 降 低 ， 而满 足 对接 从 精度要 求 ， 是该 方 法 给 出 的控 制 量是 连 续 加速 但
法， 解决 了其实 现 上 的 困难 。在 姿 态控 制 方 面采 用
度 。下 面首先给 出直线 型制 导律 的原理 图 ： 如上 图所 示 ， 出 了追 踪 器 的初始 位 置 ｒ 初 给 ０， 始速度 。 经 过 Ｔ时刻 计 划 到 达 的终 止 位 置 ｒ 和 ，
补 偿线性化 与 Ｐ Ｆ调 节器 相 结 合 的 方法 实 现 ， ｗＰ 将
从轨 迹设计 出发 ， 选择 性能好 飞行 时间较 短的轨迹 ，
然后 由所 选 择 的轨 迹 按 照 Ｈｌ方 程 求解 机 动加 速 ｉ ｌ
逼 近段 的制导 控制 律 进 行 了研 究 。轨 迹 制导 方 面 ， 在 文献 ［ ］ ３ 中直线 型制导 法则 的基础 上 ， 用一种 将 采 变 推力加 速度转 化为 与其功 能等效 的 常值 推力 的方
法 能够使 追踪 器在接 近 目标 的同时有效 地避 开危险 障碍 区域¨ ， 该 方 法 末 端 交 会 精 度 较 低 ； ｇｅ 但 Ｗｉ ｒ ｂｔ
火箭在轨大尺寸、重负载交会对接技术研究
行时 ， 要承受在工作条件下作用在接合面上 的全部 载荷 ， 保持连接的高刚度 、 高强度和高可靠性 ， 同时 对接机构需要保证级间可靠 的电路 、气液路连接 。
综 合考 虑 到 工程 可 实 现性 ， 以将 在 轨组 装 后 火 箭 可
程。一般来讲 ， 航天器要进行空间对接 ， 必须先完成
终止“ 星座” 计划后 ，０ 年 ９ ２１ １ 月正式对外公布选定
采用小尺寸、轻负载交会对接技术可以实现小
尺寸 航天 器之 间 ， 或小尺 寸航 天器 与空 间站 对接 ， 但
的航天发射系统（Ｌ ， Ｓ Ｓ 即新型重型运载火箭 ） 方案 ，
根据火箭运载能力和发展路线 ，其载人登月可能采
用 近 地 轨 道 对 接 的模 式 。美 国还 提 出 将 在 ２２ ～ ００
１引 言
相对 于第 一轮登 月计划 ， 国外新一 轮 的登 月计划 途径更 理性 ， 目标更 明确 ， 采用 的方 案也 更加 统 筹考 虑 了未 来建 立月 球基 地 、载人登 火 星等 深空 探 测任
运载能力提出了新的要求 ，也有必要综合权衡火箭
运 载能 力 与交会 对接 次数 关 系 ，实 现资 源 的最优 利 用 。突破火 箭在 轨大 尺寸 、 负载交 会对 接 技术 ， 重 通
道的同一位置以相同的速度相会合 ，并在结构上连
接成一 个整 体 的技 术 。 包括 两部分 空 间操 作 ： 空间交 会 和空 间对接 。空 间交会 是指 目标 航天 器不 作任 何 机动 或作 少量 机动 ， 已知轨 道上 稳定地 飞 行 ， 在 而追 踪航 天器 执行一 系列 的轨 道机 动 ，与 目标航 天器 在
阶段 ， 永久性空间站建设蓬勃兴起 ， 促进了交会对接 技术向更高水平发展 。２ １ 年 ９ ２ 和 １ 月 １ ０１ 月 ９日 １
航空航天中的交会对接与航天器运行控制
航空航天中的交会对接与航天器运行控制航天是人类探索外太空的一种方式，而交会对接和航天器运行控制更是航天任务中不可或缺的环节。
本文将从交会对接和航天器运行控制两个方面详细介绍航空航天中的相关技术。
一、交会对接交会对接是指两个空间器在太空中进行精确接近并实现连接的技术。
这个过程需要在特定轨道上实施，非常严格的时间安排、准确的轨道计算和复杂的协调规划。
此外，还需要达成双方各自的动力学环境，确保交会对接成功。
（一）交会过程交会过程根据航天器的功能和任务目标略有不同，主要分为几个阶段：1.分离阶段：航天器在发射后进入预定轨道，完成火力纠正机降噪和卫星释放。
2.初始对接：在一个的靠近控制点接近速度约为1μm/s的初始状态下，保持在指定区域内等待进一步指令。
3.互动接近：在完成了大范围轨道追踪后，控制器可以根据实时数据和航天器的轨道预测等信息添加一些控制命令，实现小范围的区域内的接近、停留和直线平移等动作。
4.靠近换目标:靠近交会点后，按照事前规划，控制器可以发送信号，使航天器改变前往目标航天器的方向，并利用航天器的视觉系统和其它分析技术来实现接近过程的动态调整。
5.接触阶段：当两个航天器已经到达大致同一位置时，控制器发送接触指令，进行最后的接触操作。
此过程是由各种感应器协同检测、配合、控制、实现自主完成的。
（二）交会对接的技术难点交会对接技术的高度要求，必须综合掌握的技术中包括：能耗能控技术、定向锚定技术、卫星对接技术、空间机械臂技术、小推力控制技术、非线性动力学控制技术、图像伺服技术、激光测距测速技术、高精度跟踪和定位技术以及智能化控制技术等多种领域知识。
二、航天器运行控制航天器运行控制是指系统地掌握空间飞行器的运行方式、如何对其运行进行维护和控制。
航天器的运行控制通常分为动力学控制、姿态控制、运动控制和通信控制等几个方面。
（一）动力学控制动力学控制是航天器运行控制的核心，也是保证航天器系统稳定性和控制能力的关键。
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航天器交会对接逼近段控制研究进展
作者：朱晓光
来源：《卷宗》2020年第17期
随着航天技术的飞速发展，载人和无人飞船频繁往返于空间站，航天器需要更加灵活快速的实施对接。
航天器在空间实现交会对接是由航天器制导、导航和控制（Guidance，Navigation and Control， GNC）系统完成的，GNC的主要任务是高精度测量航天器之间的相对速度、相对位置、相对姿态以及相对姿态角速度，并控制航天器完成姿态的调整和轨道的切换。
未来我国的神舟飞船将从多个方向实施与空间站的交会对接。
因此，进一步研究与发展航天器沿不同轨迹的自主交会对接技术是未来太空领域工程应用的必然趨势。
航天器的自主交会对接过程可分为发射、调相（地面导引）、远距离交会、近距离交会、对接停泊等几个阶段，不同的阶段要求的航天器控制精度不同，而近距离交会的最终逼近段控制精度要求较高。
在最终逼近段，要完成准确可靠地对接需要位置和姿态的精确调节，以及两合作航天器间的协同配合来共同完成。
换言之，航天器自主交会对接必须解决逼近段追踪航天器相对位姿高精度的自主控制问题。
然而，一方面交会对接过程对航天器相对位姿控制的动态特性要求较高;另一方面，复杂的空间运行环境和航天器动力学模型中的不确定因素往往会影
响其控制精度，因此需要应用新的控制算法来解决交会对接中航天器位置和姿态控制的误差精度和鲁棒性问题。
1 国外研究现状
Kluever， C. A为航天器沿固定轴的终端平面交会对接设计了反馈控制方案;Saponara， M 将基于优化的模型预测控制应用于火星样品回收任务中的航天器自主交会操作;Di Cairano， S 将模型预测控制应用于航天器交会对接逼近段的轨道平面机动;Singla， P在考虑未建模动态、参数扰动和实际位姿测量误差的情况下，针对航天器交会对接控制问题，给出了一种输出反馈结构的模型参考自适应控制方法;Subbarao， K和Sam， W以空间自由漂浮机器人和服务的漂浮物体交会停靠为研究背景，利用反馈线性化设计控制律使当前和期望姿态之间的误差为零，再通过自适应干扰观测矩阵来修正由重力梯度和其他未知干扰引起的干扰力矩，其稳定性通过Lyapunov方程和Matrosov定理证明;Stansbery， D， T基于六自由度模型，提出了一种用状态依赖的Riccati方程设计的非线性调节器来控制航天器在接近翻滚目标时的位置和姿态;Pan， H. Z在航天器平移速度和角速度测量缺失的情况下，用一个高通滤波器来估计航天器的速度和角速度，并给出了一种Lyapunov框架的非线性输出反馈控制，以保证航天器相对位姿跟踪误差的半全局渐进收敛;Naasz， B. J针对微小卫星力矩输出受限的情况，整合了基于LQR平均方
程组的姿态控制器和基于轨道要素反馈的轨道控制器;Park， H在考虑避障的情况下，为航天
器对接到一个旋转/翻转平台设计了模型预测控制律;Guglieri， G为航天器交会对接地面试验系统的GNC设计了比例微分综合控制器和脉冲宽度调制器来控制推进器跟踪预定的轨迹和速
度;Lee， D基于六自由度动力学模型，为航天器近距离交会对接设计了非线性输出跟踪控制，将输出反馈控制和状态反馈控制组成一个闭环的控制结构以满足其鲁棒性要求。
2 国内研究现状
彭冬亮通过一个坐标变换矩阵将轨道动力学模型和姿态动力学模型结合起来，建立了姿轨一体化数学模型，并设计了耦合控制方案;Chen， W. Y分别为轨道和姿态设计线性H∞和非线性H∞控制器，并采用一种协调逻辑来避免轨道控制和姿态控制的冲突;朱志斌针对航天器在近距离沿目标航天器快速绕飞的情况，考虑到相对运动对动态性能的高精度要求，设计了一种滚动优化有限时域最优控制求解方法;Wang， J. Y设计了一种模型无关的类PD鲁棒控制器，证明了闭环系统存在外部扰动条件下的鲁棒性，并基于六自由度模型，设计了鲁棒自适应滑模控制律;Wang， X. K针对多飞行器位姿协同控制问题，提出了一种特定根树结构的分布式控制策略，并设计了全局渐进收敛的输出反馈调节器;Zhang， F基于六自由度模型，为空间交会任务中的追踪航天器设计了自适应反步（Back Stepping）控制律;Zhao， X为航天器交会对接逼近段设计了多滑模控制（Multi-Slide-Mode Control， MSMC），以降低能量消耗;Sun， L针对空间非合作目标交会中追踪航天器的位姿同步跟踪问题，基于六自由度耦合动力学模型设计了鲁棒自适应控制器，采用梯度自适应方法和一种范数估计自适应方法在线估计追踪航天器的参数不确定性和动态耦合影响;Wan， N为推力有限的近地轨道交会对接设计了基于状态观测器的鲁棒控制，保证能量消耗最小。
3 小结与展望
综上所述，针对航天器交会对接逼近段控制算法问题，国内外的学者从不同的角度提出了诸多理论上可行的方法和策略，其中基于位姿耦合数学模型控制算法的研究与应用，在航天器相对导航、空间多目标协同以及航天器自主交会对接等航天领域有着极其重要的研究价值;同时，实现航天器交会对接逼近段高精度的自抗扰控制对于提高航天器的性能，任务可靠性以及扩展空间应用方面具有重要的现实意义，也是我国面向空间合作目标跨尺度运动再现提出的挑战性新课题。