载人航天出版工程 载人航天系统建模与仿真

第1部分载人航天仿真支撑技术

第1章绪论3

1-1载人航天技术发展概况3

1-1-1载人航天系统概念与组成3

1-1-2载人航天发展现状4

1-2系统仿真技术概述11

1-2-1系统仿真概念11

1-2-2系统仿真分类12

1-2-3系统仿真适用性14

1-2-4系统仿真过程15

1-3载人航天系统仿真18

1-3-1载人航天系统仿真层次18

1-3-2载人航天系统级仿真发展21

1-3-3载人航天任务级仿真发展33

1-3-4载人航天训练仿真发展38

参考文献45

第2章载人航天仿真基本原理50

2-1系统仿真建模50

2-1-1仿真建模基本要求50

2-1-2建模仿真的方法、原则与模型分类51

2-1-3模型的校核、验证与确认57

2-2系统仿真方法61

2-2-1连续系统数值积分方法61

2-2-2其他仿真方法76

2-3系统仿真试验91

2-3-1蒙特卡洛法92

2-3-2仿真试验设计方法95

2-3-3抽样方法100

2-3-4随机变量产生方法102

2-3-5方差缩减技术105

2-4载人航天可视化仿真技术107

2-4-1可视化仿真简介107

2-4-2可视化仿真工具108

2-4-3可视化仿真典型框架115

参考文献118

第3章载人航天仿真架构与平台119

3-1载人航天仿真架构119

3-1-1集中式仿真架构119

3-1-2分布式仿真架构127

3-2分布式仿真标准134

3-2-1分布交互仿真DIS134

3-2-2高层体系结构HLA140

3-3分布式仿真平台dSIM146

3-3-1平台简介146

3-3-2功能与特点147

3-3-3组成150

3-3-4关键技术153

3-3-5使用流程162

参考文献167

第2部分载人航天系统建模

第4章载人航天仿真基础模型171

4-1时间系统171

4-1-1世界时系统171

4-1-2原子时系统173

4-1-3历书时与动力学时174

4-1-4时间系统转换175

4-1-5年、历元与儒略日176

4-2坐标系统177

4-2-1基本概念177

4-2-2星际坐标系统179

4-2-3地球基准坐标系统180

4-2-4航天器基准坐标系统188

4-3空间环境模型190

4-3-1空间引力场191

4-3-2大气模型196

4-3-3空间磁场199

4-3-4星历模型199

4-4航天器轨道动力学模型205

4-4-1轨道描述205

4-4-2轨道动力学211

4-4-3相对轨道动力学212

4-4-4摄动理论217

4-5航天器姿态动力学模型225

4-5-1姿态描述226

4-5-2姿态运动学230

4-5-3姿态动力学231

4-5-4空间环境力矩232

4-6航天动力学基础库AstroLib234

4-6-1结构功能介绍235

4-6-2支撑数据235

4-6-3航天动力学库235

4-6-4数学库239

4-6-5工具库240

参考文献241

第5章逃逸与应急救生仿真建模243

5-1载人航天救生系统概述243

5-1-1逃逸与应急救生任务定位244

5-1-2逃逸救生系统发展概况247

5-1-3应急救生模式划分254

5-1-4逃逸救生系统的组成259

5-2逃逸与应急救生系统仿真模型体系263

5-2-1逃逸与应急救生仿真建模需求263

5-2-2重点仿真状态265

5-2-3逃逸与应急救生仿真模型分类267

5-3逃逸飞行器刚体动力学模型268

5-3-1坐标系268

5-3-2质心运动学方程272

5-3-3绕质心的转动方程275

5-3-4载荷分析模型280

5-3-5分离模型291

5-4逃逸飞行器结构完整性分析模型294

5-4-1结构完整性分析任务与基本假设295

5-4-2轴向模型298

5-4-3法/横向模型300

5-4-4过载与内力分析模型307

5-4-5栅格翼分析模型310

参考文献315

第6章交会对接仿真建模317

6-1交会对接仿真概述317

6-1-1交会对接概念317

6-1-2交会对接技术分类317

6-1-3国内外研究进展319

6-2交会对接任务总体方案327

6-2-1远距离导引段飞行任务327

6-2-2近距离导引段飞行任务332

6-2-3平移靠拢段飞行任务335

6-2-4对接段及组合体飞行任务338

6-2-5撤离段飞行任务340

6-3远距离导引段仿真建模341

6-3-1远距离导引基本模型342

6-3-2远距离特殊点变轨策略344

6-3-3远距离综合变轨策略353

6-4近距离导引段仿真建模360

6-4-1CW制导模型361

6-4-2近距离导引安全指标366

6-5平移靠拢段仿真建模376

6-5-1安全性约束模型377

6-5-2平移靠拢段制导模型388

6-5-3平移靠拢段控制策略391

6-5-4手控交会操作397

参考文献405

第7章载人深空探测仿真建模409

7-1载人深空探测任务概述409

7-1-1载人深空探测的作用和意义410

7-1-2载人深空探测的目的地选择411

7-1-3载人深空探测面临的挑战415

7-2圆形限制性三体问题418

7-2-1动力学方程419

7-2-2平动点420

7-2-3零速度面422

7-2-4平动点附近的运动425

7-3载人登月任务仿真建模428

7-3-1载人登月任务总体方案428

7-3-2载人登月转移轨道仿真模型438

7-3-3动力下降与应急上升仿真模型448

7-4载人火星探测仿真建模457

7-4-1载人火星探测任务总体方案457

7-4-2载人火星探测转移轨道仿真模型461

7-4-3气动捕获动力学仿真模型472

7-4-4火星进入仿真模型476

参考文献489

··

··

第3部分载人航天系统仿真

第8章逃逸与应急救生仿真系统设计与应用495

8-1逃逸救生仿真系统495

8-1-1系统仿真需求495

8-1-2仿真系统架构与组成497

8-1-3仿真运行模式与流程503

8-1-4仿真系统运行示例506

8-2应急救生仿真系统510

8-2-1系统仿真需求510

8-2-2仿真系统架构与组成512

8-2-3仿真运行模式与流程516

8-2-4仿真系统运行示例518

参考文献523

第9章交会对接仿真系统设计与应用524

9-1交会对接飞行任务仿真与规划系统524

9-1-1系统仿真需求524

9-1-2仿真系统架构与组成526

9-1-3仿真运行数据流531

9-1-4仿真系统应用532

9-2交会对接全系统联合仿真系统541

9-2-1系统仿真需求541

9-2-2仿真系统架构与组成544

9-2-3仿真运行模式548

9-2-4仿真系统应用551

9-3遥操作交会仿真系统556

9-3-1系统仿真需求556

9-3-2仿真系统架构与组成558

9-3-3仿真信息接口与数据流567

9-3-4人在回路仿真试验568

9-3-5遥操作操纵性能评价574

参考文献581

第10章载人深空探测仿真系统设计与应用582

10-1载人登月任务仿真系统设计582

10-1-1系统仿真需求582

10-1-2仿真系统架构与组成584

10-1-3仿真运行流程591

10-1-4仿真系统应用592

10-2火星进入仿真系统设计602

10-2-1系统仿真需求602

10-2-2仿真系统架构与组成603

10-2-3仿真运行流程609

10-2-4仿真系统应用611

参考文献617