本书是关于星间可控场力作用的航天器相对运动机理与控制方法的一本专著。全书共7章，主要内容包括星间可控场力作用的特点与规律、电场力作用的航天器相对运动机理、磁场力作用的航天器相对运动机理、磁通钉扎效应对磁场力作用的拓展及其他星间可控场力、利用星间可控场力作用特点与规律的控制策略与方法、星间可控场力应用展望等。
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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 基本概念与内涵 2
1.1.1 基本概念 2
1.1.2 技术内涵 2
1.2 星间可控场力研究现状与应用发展历程 3
1.2.1 星间可控库仑力 3
1.2.2 星间可控磁场力 10
1.2.3 星间可控磁通钉扎效应力 17
1.3 本书组织结构与主要内容 19
参考文献 20
第2章 星间可控场力作用特点与规律 26
2.1 电磁学基础 26
2.1.1 电场力建模与作用规律 26
2.1.2 磁场力建模与作用规律 29
2.2 三类作用力统一建模 31
2.2.1 以库仑力模型为基础的统一建模 31
2.2.2 统一模型适用性分析 33
2.3 动力学建模关键问题 33
2.3.1 星间可控场力引入对动力学建模的影响 33
2.3.2 基于牛顿力学框架的动力学建模 34
2.3.3 基于分析力学框架的动力学建模 36
2.4 动力学守恒特性 42
2.4.1 保守力先决条件及建模分析 42
2.4.2 动力学守恒分析 45
2.4.3 相对运动特性分析 47
2.4.4 仿真算例 49
2.5 本章小结 55
参考文献 55
第3章 电场力作用的航天器相对运动机理 56
3.1 电场力在轨产生机理与模型 56
3.1.1 电场力在轨产生机理 56
3.1.2 星间电场力建模 58
3.2 动力学建模 58
3.2.1 一般模型 58
3.2.2 模型适应性简化 60
3.3 动力学特性分析 61
3.4 本章小结 63
参考文献 63
第4章 磁场力作用的航天器相对运动机理 65
4.1 磁场力在轨产生机理与模型 65
4.1.1 磁场力在轨产生机理 65
4.1.2 星间磁场力模型与应用分析 67
4.2 动力学建模 72
4.2.1 地心惯性系下电磁航天器轨道动力学模型 72
4.2.2 相对运动动力学模型 75
4.2.3 坐标系转换矩阵 76
4.3 动力学特性分析 77
4.3.1 控制能力 77
4.3.2 自对接特性 78
4.3.3 自对准特性 86
4.4 本章小结 93
参考文献 93
第5章 磁通钉扎效应力对磁场力作用的拓展及其他星间可控场力 94
5.1 磁通钉扎效应及其作用力/力矩模型 94
5.1.1 受限三磁偶极子关系 96
5.1.2 远场电磁力/力矩模型 97
5.1.3 磁通钉扎效应力/力矩模型误差分析 98
5.2 磁通钉扎作用的被动稳定性及其对磁场力作用的动力学拓展与约束 101
5.2.1 平面磁通钉扎效应力/力矩特性 101
5.2.2 磁通钉扎效应力/力矩刚度特性与被动稳定性分析 106
5.2.3 磁通钉扎作用的双星相对轨迹运动建模 111
5.2.4 相对平衡态存在性与静态构形稳定性分析 116
5.3 其他可控星间场力作用 128
5.3.1 电磁涡流消旋基本概念 128
5.3.2 初步控制设计 129
5.4 本章小结 134
参考文献 135
第6章 利用星间可控场力作用特点与规律的控制策略与方法 137
6.1 基于星间可控场力作用相对平衡态的构型重构 137
6.1.1 两星电磁编队相对平衡态求解 138
6.1.2 基于不变流形的相对平衡态重构优化设计 142
6.2 基于电磁自对准/自对接特性的航天器柔性对接 151
6.2.1 动力学模型及“星间电磁+磁通钉扎作用”力学模型 151
6.2.2 磁通钉扎辅助的电磁柔性对接控制设计 154
6.2.3 地面试验数据分析 156
6.3 本章小结 161
参考文献 162
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