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第1章　绪论1

1.1　航天器在轨服务技术的研究背景1

1.2　航天器在轨服务的概念3

1.3　航天器在轨服务体系的组成4

1.3.1　服务系统5

1.3.2　客户系统12

1.3.3　辅助系统16

1.4　航天器在轨服务的效益分析18

1.5　航天器在轨服务技术的应用前景20

第2章　在轨服务技术研究进展23

2.1　概述23

2.2　美国的在轨服务技术25

2.2.1　航天飞机在轨服务任务27

2.2.2 空间遥操作机器人（STP）计划32

2.2.3　机器人航天员计划38

2.2.4　试验卫星系统（XSS）计划40

2.2.5 自主交会技术验证卫星计划42

2.2.6　轨道快车计划43

2.2.7　部分地面试验计划48

2.3 日本的在轨服务技术59

2.3.1 国际空间站的日本实验舱及机械臂60

2.3.2 工程试验卫星—7（ETS—VII）61

2.3.3 H—2转移飞行器（HTV）72

2.3.4　轨道维护系统（OMS）74

2.3.5　可重构机器人卫星簇计划79

2.4　加拿大的在轨服务技术83

2.4.1　航天飞机空间机械臂系统83

2.4.2 国际空间站的活动服务系统84

2.4.3　发展规划88

2.5　欧洲的在轨服务技术89

2.5.1　德国的空间机械臂技术90

2.5.2 机器人技术试验（ROTEX）90

2.5.3　试验服务卫星计划91

2.5.4 同步卫星轨道重置机器人计划94

2.5.5　轨道寿命延长系统95

2.5.6　赫耳墨斯计划97

2.5.7 空间系统演示验证技术卫星计划98

2.5.8 自动转移飞行器98

2.5.9　其他空间机械臂计划101

第3章　航天器在轨服务的任务分析105

3.1　在轨服务的典型任务105

3.2　在轨服务的任务规划108

3.2.1　服务执行方式109

3.2.2　人—机服务方式115

3.3　在轨服务任务的执行序列117

第4章　航天器在轨服务的轨道动力学基础119

4.1　在轨服务的轨道动力学问题119

4.2　空间交会对接122

4.2.1　空间交会123

4.2.2　终端交会135

4.3　在轨释放或发射140

4.3.1 几何关系与坐标系140

4.3.2　被释放航天器精确运动方程141

4.3.3　基于极坐标的精确相对运动方程143

4.4　在轨伴随运动144

4.4.1 伴随航天器与主星的相对运动学关系与应用145

4.4.2　伴随运动的运动学分析147

4.5　在轨机动绕飞与接近153

4.5.1　长期绕飞轨道设计154

4.5.2　接近与机动绕飞轨道设计164

第5章　有人在轨服务169

5.1　概述169

5.2　有人在轨服务典型应用171

5.2.1　在轨维护172

5.2.2　后勤支持176

5.2.3　在轨装配177

5.3　有人在轨服务的主要设备178

5.3.1　舱外活动航天服与生命支持系统179

5.3.2　空间载人机动装置193

5.3.3　舱外维修工具200

5.4　有人在轨服务特点分析204

5.4.1　有人在轨服务的优势204

5.4.2　有人在轨服务的局限205

5.4.3　有人在轨服务的应用范围206

第6章　自主在轨服务208

6.1　概述208

6.2 自主在轨服务典型应用211

6.2.1　人员遥操作在轨服务212

6.2.2　人员监控下自主服务215

6.2.3　完全自主在轨服务215

6.3　自主在轨服务的关键技术217

6.3.1　客户系统217

6.3.2　服务系统223

6.3.3　服务操作技术230

6.4 自主在轨服务特点分析232

6.4.1　人员遥操作在轨服务232

6.4.2　人员监控下自主服务233

6.4.3　完全自主在轨服务235

第7章　可接受在轨服务航天器设计技术238

7.1　概述238

7.2　面向在轨服务的模块化设计技术239

7.2.1　典型实例241

7.2.2　航天器模块化设计方法283

7.2.3　航天器模块划分及体系结构285

7.2.4　模块化标准接口与模块集成290

7.3 ORU模块设计技术297

7.3.1　典型实例298

7.3.2　航天器模块在轨可替换性分析300

7.3.3 ORU模块体系结构301

7.4　先进星务管理技术307

7.4.1　典型实例310

7.4.2　健康管理系统总体框架313

7.4.3　星务系统硬件体系结构317

7.4.4　星务系统软件体系结构318

第8章　服务航天器设计技术321

8.1　概述321

8.2　服务航天器典型实例322

8.2.1　微小服务卫星322

8.2.2　空间机器人327

8.3　总体设计与布局338

8.4　机械臂技术344

8.4.1　机械臂设计345

8.4.2　遥操作技术346

8.4.3 多臂控制技术347

8.4.4　机电一体化仿真技术347

8.4.5　地面实验技术348

8.5　先进推进技术350

8.5.1　冷气推进350

8.5.2　单组元推进351

8.5.3　双组元统一推进352

8.5.4　电推进352

8.5.5　核动力推进355

第9章　在轨服务操作技术358

9.1　概述358

9.2　交会对接技术359

9.2.1　交会对接测量技术361

9.2.2　面向在轨服务的对接机构技术367

9.3　在轨模块更换技术399

9.3.1　典型实例404

9.3.2　模块备份与重启技术405

9.3.3　模块拆卸、处理和更换技术408

9.3.4　模块自主检测与识别技术409

9.4　在轨加注技术412

9.4.1　典型实例414

9.4.2　在轨加注方式417

9.4.3　直接传输加注关键技术418

9.4.4　模块更换加注关键技术420

第10章　航天器在轨服务技术发展展望426

10.1　在轨服务技术发展的路线图426

10.2　在轨服务体系的发展规划430

10.3　在轨服务技术的研究途径432

10.3.1　先期概念研究433

10.3.2　地面仿真、测试与演示试验433

10.3.3　飞行试验434

10.4　对我国在轨服务技术发展的启示434

参考文献439