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第1章 绪论1

1.1 载人航天工程概述1

1.1.1 载人航天的概念1

1.1.2 载人航天工程组成1

1.1.3 发展载人航天的意义1

1.2 载人航天的发展3

1.2.1 国外发展历程3

1.2.2 中国发展历程11

1.2.3 未来发展12

1.3 载人航天飞行控制概述15

1.3.1 载人航天飞行控制概念15

1.3.2 载人航天飞行控制的作用和意义16

1.3.3 载人航天飞行控制的基本要素16

第2章 载人航天飞行控制任务分析18

2.1 飞行控制对象18

2.2 飞行控制任务18

2.2.1 发射上升段任务19

2.2.2 入轨段任务19

2.2.3 自主飞行段任务19

2.2.4 交会对接段任务20

2.2.5 组合体飞行段任务20

2.2.6 撤离段任务20

2.2.7 返回段任务20

2.3 飞行控制任务需求分析21

2.3.1 上升段需求分析21

2.3.2 入轨段需求分析25

2.3.3 自主飞行段需求分析27

2.3.4 交会对接段需求分析28

2.3.5 组合体飞行段需求分析31

2.3.6 撤离段需求分析32

2.3.7 返回段需求分析32

2.3.8 长期运营管理需求分析33

第3章 航天器轨道动力学35

3.1 时间、坐标系统35

3.1.1 基本概念35

3.1.2 时间系统40

3.1.3 坐标系统44

3.2 轨道动力学基础49

3.2.1 二体问题和轨道要素49

3.2.2 航天器轨道摄动54

3.2.3 摄动运动方程及其数值解法63

3.2.4 有摄运动的一些特点68

3.3 轨道确定和预报71

3.3.1 初始轨道确定71

3.3.2 轨道改进76

3.3.3 轨道预报79

3.4 相对运动方程87

3.4.1 相对运动动力学方程的建立87

3.4.2 相对运动动力学方程的求解89

3.5 返回运动方程91

第4章 载人航天器制导、导航与控制技术96

4.1 基本概念96

4.2 任务与组成99

4.2.1 制导、导航与控制系统的任务99

4.2.2 制导、导航与控制系统的组成100

4.3 姿态运动方程104

4.3.1 姿态动力学方程104

4.3.2 姿态运动学方程106

4.4 姿态确定方法108

4.4.1 姿态测量与姿态确定方法概述108

4.4.2 基于陀螺、地球敏感器和太阳敏感器的航天器姿态确定111

4.4.3 基于陀螺和星敏感器的航天器姿态确定114

4.5 姿态控制方法117

4.5.1 概述117

4.5.2 喷气姿态控制技术118

4.5.3 力矩陀螺姿态控制技术121

4.5.4 大角度姿态机动控制125

4.6 返回再入姿态控制127

4.6.1 返回再入段动力学方程127

4.6.2 返回再入制导、导航与控制130

第5章 载人航天测控通信技术133

5.1 USB测控技术133

5.1.1 概述133

5.1.2 USB测控技术原理134

5.1.3 USB测控系统工作流程145

5.2 中继卫星测控技术148

5.2.1 概述148

5.2.2 中继卫星系统组成148

5.2.3 中继卫星系统技术原理及功能151

5.3 空间信息传输协议体系159

5.3.1 协议体系设计160

5.3.2 协议体系应用163

5.4 轨道测量方法与模型163

5.4.1 统一S波段测量164

5.4.2 中继卫星测量165

5.4.3 导航卫星测量166

5.5 陆海天基测控网168

5.5.1 测控站168

5.5.2 测量船169

5.5.3 中继卫星系统170

5.5.4 飞行控制中心171

5.5.5 地面通信网172

第6章 载人航天器轨道控制与维护技术174

6.1 基本概念174

6.1.1 轨道控制的含义及分类174

6.1.2 轨道控制的主要任务174

6.1.3 推力模型176

6.2 轨道修正模型与方法177

6.2.1 轨道周期的修正177

6.2.2 轨道半长轴与偏心率的修正178

6.2.3 轨道倾角与升交点赤经的修正182

6.2.4 轨道相位的调整183

6.3 轨道机动模型与方法184

6.3.1 共面圆轨道转移机动184

6.3.2 共面椭圆轨道转移机动188

6.3.3 非共面圆轨道转移机动190

6.4 轨道控制规划方法191

6.4.1 交会对接变轨任务规划模型192

6.4.2 远距离导引轨道控制策略193

6.4.3 近距离多脉冲轨道控制策略197

6.5 轨道维护技术201

6.5.1 目标飞行器轨道维持与调相模型201

6.5.2 载人飞船返回轨道维持205

6.5.3 空间目标碰撞预警方法概述206

第7章 空间交会对接飞行控制技术209

7.1 概述209

7.1.1 交会对接基本概念209

7.1.2 交会对接发展概况211

7.2 交会对接过程215

7.2.1 发射及入轨段216

7.2.2 远距离导引段216

7.2.3 近距离导引段216

7.2.4 最后逼近段216

7.2.5 对接段和组合体飞行阶段217

7.2.6 撤离段217

7.3 远距离导引控制217

7.3.1 控制系统结构217

7.3.2 轨道控制策略217

7.3.3 变轨任务实时规划220

7.4 自主交会相对导航与控制222

7.4.1 控制系统结构222

7.4.2 相对导航技术222

7.4.3 自主交会制导与控制方法225

7.4.4 自主交会段的轨迹安全227

7.5 手动交会控制230

7.5.1 功能与系统组成230

7.5.2 手动交会对接策略233

7.6 撤离控制237

7.6.1 撤离过程与约束238

7.6.2 撤离制导控制策略241

7.6.3 撤离安全轨迹设计245

7.7 快速交会对接247

7.7.1 国外快速交会对接情况概述247

7.7.2 快速交会对接方案设计249

第8章 返回控制253

8.1 概述253

8.1.1 返回控制技术的发展253

8.1.2 返回过程254

8.1.3 返回控制一般方法及作用255

8.2 坐标系及坐标转换257

8.2.1 坐标系257

8.2.2 坐标转换259

8.3 弹道式返回控制技术263

8.3.1 弹道式返回轨道设计263

8.3.2 弹道式返回控制计算模型264

8.4 弹道—升力式返回控制技术265

8.4.1 弹道—升力式返回轨道设计265

8.4.2 弹道—升力式返回制导与控制266

8.5 升力式返回控制技术275

8.5.1 升力式返回轨道设计275

8.5.2 升力式返回制导与控制276

8.6 返回控制参数计算与特征点参数计算278

8.6.1 返回控制参数计算278

8.6.2 返回轨道特征点参数计算282

第9章 载人航天飞行控制总体设计284

9.1 概述284

9.2 基本原则284

9.3 系统组成285

9.4 飞行轨道设计285

9.4.1 设计目标285

9.4.2 主要内容285

9.4.3 运行轨道设计286

9.4.4 发射窗口设计的约束条件288

9.4.5 返回轨道设计289

9.5 载人飞行系统控制体系设计291

9.5.1 基本概念291

9.5.2 各中心的任务291

9.5.3 飞行控制回路292

9.5.4 各控制回路的特点和作用293

9.5.5 协同关系293

9.6 天地飞行控制信道设计294

9.6.1 概念294

9.6.2 测控通信体制294

9.6.3 信道设计295

9.7 载人航天器飞行控制相关系统298

9.7.1 概念298

9.7.2 航天器载人环境控制298

9.7.3 航天器热控299

9.7.4 制导、导航与控制300

9.7.5 航天器信息管理301

9.7.6 航天器测控通信分系统301

9.8 航天员手动控制302

9.8.1 航天员手动控制的作用和意义302

9.8.2 航天员手动控制的主要功能302

9.8.3 航天员手动控制回路构成303

9.9 飞行控制中心303

9.9.1 任务303

9.9.2 组成304

9.9.3 主要功能305

9.10 测控网307

9.10.1 概念307

9.10.2 任务307

9.10.3 测控网构建307

9.10.4 各飞行段测控资源配置308

9.11 安全性、可靠性设计310

9.11.1 概念310

9.11.2 安全性设计要求310

9.11.3 安全性分析312

9.11.4 可靠性要求314

9.11.5 可靠性设计项目与准则314

9.11.6 可靠性模型、可靠性分配与可靠性预计315

9.11.7 可靠性定性设计320

9.11.8 软件可靠性设计321

第10章 联试与验证324

10.1 联试与验证的必要性324

10.2 联试验证的主要内容和方法324

10.2.1 联试验证的主要内容324

10.2.2 联试和验证方法325

10.3 航天器和测控通信系统设备级联试验证326

10.3.1 对接的目的326

10.3.2 对接的主要内容326

10.3.3 对接验证的方法327

10.4 测控网联调327

10.4.1 联调目的328

10.4.2 联调的主要内容328

10.4.3 联调方法328

10.5 航天器电测试330

10.5.1 测试目的330

10.5.2 测试项目330

10.5.3 测试方法331

10.5.4 地面测试支持系统332

10.6 系统间联试333

10.6.1 人船（器）联试334

10.6.2 船器联试334

10.6.3 船（器）地联试335

10.6.4 人船地联试336

10.6.5 人船器地联试337

10.7 工程总体全系统仿真339

10.7.1 仿真目的340

10.7.2 系统组成340

10.7.3 仿真内容340

10.7.4 仿真过程及结果分析342

参考文献344