制导与控制系统是航天飞行器的重要组成部分,其设计在很大程度上决定着航天器完成预定任务的能力。制导、导航和控制一起构成飞行控制的核心,制导系统在导航系统提供的飞行器状态参数的基础上,根据一定的制导律计算质心运动控制信号,该制导信号交由姿态控制系统控制飞行器的姿态执行机构(空气舵、发动机的偏摆角和开关机等),确保飞行器在外干扰条件下能够以一定的精度到达设计的目标点。
在北京航空航天大学宇航学院航天制导导航与控制系,作者多年来一直从事飞行器GNC系统的教学和科研,发现目前国内缺少适合于本科阶段学生使用的系统介绍航天飞行器GNC原理和设计方法的教材。在教学过程中,作者曾多年使用徐延万编著的《弹道导弹、运载火箭控制系统设计与分析》一书,在借鉴该书理论编排的基础上,参考了近些年出版的弹/箭制导和控制的相关教材和专著,并结合作者教授探测制导与控制专业高年级本科生课程的教学实践经验,编写了本书。本书可作为航天GNC专业本科生学习航天飞行控制系统设计的教材,也可作为跨专业研究生了解本专业的入门教材。全书从基本的坐标系转换和动力学原理出发,由浅人深地进行讲解,有针对性地对基础原理进行详细推导,同时结合实际工程应用背景对近年来出现的新技术进行了介绍,帮助学生顺利地从已经掌握的理论力学和自动控制原理等基础课过渡到专业课的学习中,并激发学习过程中的兴趣。
全书共分7章:第1章介绍航天飞行控制系统的基本概念和发展历程;第2章介绍飞行器姿态和质心运动的数学和力学基础;第3章介绍飞行器弹道学的基础;第4~6章分别展开介绍导航、制导和姿态控制系统的设计方法,其中制导系统设计部分包含对主动段、自由段、再入段和末段的介绍,便于读者了解航天飞行器完整飞行过程中控制系统的设计方法;第7章介绍飞行控制系统的硬件组成。
本书由杨博、樊子辰、于贺共同编写。各章编写分工为:第1章、第4~6章由杨博编写;第2~3章由樊子辰编写;第7章由于贺编写。在本书的编写过程中,硕士研究生朱一川、窦婧文、杨航和吴一凡参加了第2~7章部分仿真验证、绘图和校对工作,在此一并表示感谢。
由于书中内容涉及面广,作者水平有限,难免存在错误、疏漏或不妥之处,敬请读者批评指正,并将修改意见反馈给我们。作者邮箱:yangbo@buaa.edu.cn。