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第13章 航天器的返回轨道设计549

13.1航天器返回过程概述549

13.1.1任务与设计原则549

13.1.2进入和返回航天器的分类550

13.1.3返回式航天器的着陆方式554

13.2航天器返回过程基础理论556

13.2.1返回航天器返回轨道的分段557

13.2.2航天器进入轨道的基础理论563

13.3弹道式再入航天器的返回轨道设计571

13.3.1不控升力的弹道式返回器轨道设计571

13.3.2无升力的弹道式返回轨道设计原理576

13.4弹道-升力式再入返回器的返回轨道设计597

13.4.1弹道-升力式返回器的轨道动力学597

13.4.2弹道-升力式返回轨道的参数选择606

第14章 登月轨道设计612

14.1日、地、月的相对运动及其不固定性612

14.2描述日、地、月运动的天球坐标系615

14.2.1球面三角的基本概念616

14.2.2 4种常用的天球坐标系623

14.2.3 4种天球坐标系间的转换627

14.3月球轨道运动特征和参数的天球表示631

14.3.1月球的轨道运动和自转运动631

14.3.2用地心天球图描述日、地、月运动参数636

14.4探月轨道的类型和设计约束条件639

14.4.1探月轨道的类型639

14.4.2探月轨道设计的约束条件642

14.5简化的探月轨道设计643

14.5.1飞行时间随入轨速度的变化644

14.5.2地球停泊轨道与地球赤道和白道非共面时考虑的问题650

14.5.3地球停泊轨道、地月转移轨道和白道三者间的关系651

14.5.4地月转移轨道计算653

14.5.5地球停泊轨道计算655

14.6双二体探月轨道设计657

14.6.1月球影响球入口点后的轨道计算常用坐标系及其转换658

14.6.2入口点后的轨道计算661

14.6.3入口点B位置的影响672

14.7发射窗口与轨道约束（光照与测控）条件的关系675

14.7.1光照约束条件对发射窗口选择的影响676

14.7.2测控约束条件的影响678

14.8美国阿波罗登月工程概述682

14.8.1阿波罗载人飞船682

14.8.2土星Ⅴ载人火箭684

14.8.3典型飞行程序与飞行轨道687

第3篇 航天工程设计任务693

第15章 无线电控制系统仪器研制693

15.1横校系统控制原理693

15.2横校系统综合测试仪的改进694

15.3横校模拟信号f0（t）的信号分析695

15.3.1 f0（t）波形分解696

15.3.2 f1（t）的解699

15.3.3 F1（t）的解701

15.3.4 F2（t）的解703

15.3.5 f0（t）的解析式和频谱式704

15.4根据f0（t）解析式求基本电路708

15.4.1产生f1（t）的3个基本电路708

15.4.2产生F1（t）＋F2（t）的基本电路和g（t）波形709

15.5横校模拟信号源总框图711

15.6横校模拟信号空间调制度计设计711

15.6.1空间调制度计的方案选择711

15.6.2空间调制度计的误差及其减小措施714

15.6.3空间调制度计的精度鉴定717

15.7小结718

第16章 自动测试系统数字仪器研制719

16.1自动测试系统概述720

16.2测试发控系统的抗干扰设计722

16.2.1测试发控系统的信号分类723

16.2.2按信号特征分类合理布局系统724

16.3积分式A/D转换器725

16.3.1单积分A/D转换器725

16.3.2双积分A/D转换器727

16.3.3三重积分A/D转换器728

16.4积分式A/D抗常态干扰能力的计算方法731

16.5共态干扰的抑制方法733

16.5.1浮地输入及其共态电流733

16.5.2双层屏蔽对共态干扰的抑制735

16.5.3双层屏蔽线路的隔离技术737

16.6小结741

第17章 运载火箭测试发控系统总体设计742

17.1引论742

17.2运载火箭的组成与测试发控系统的关系742

17.2.1箭体结构与分离系统744

17.2.2动力装置系统744

17.2.3控制系统744

17.2.4遥测系统747

17.2.5外测安全系统747

17.3测控方法与测控线路设计747

17.3.1箭地信息连接方式设计748

17.3.2电源配电系统的测试方法与测控线路设计749

17.3.3稳定系统的测试方法与测控线路设计753

17.3.4制导系统的测试方法与测控线路设计763

17.3.5发射控制线路设计772

17.3.6控制系统总检查设计776

17.4测试发控系统设计778

17.4.1系统结构的确定与布局778

17.4.2系统技术指标的确定783

17.4.3计算机对系统设备的管理方式与接口设计786

17.5主要系统接口设备设计793

17.5.1模拟量测试接口设备设计793

17.5.2信号源接口设备设计799

17.5.3自动发控接口设备设计802

17.5.4地箭接口设计806

17.5.5接口的程序检查方法举例808

17.6测试发控软件系统设计811

17.6.1测试发控系统软件的组成811

17.6.2测试发控系统硬件检查程序811

17.6.3测试发控系统软件设计方案812

17.7小结814

第18章 高可靠性火箭控制系统设计815

18.1引论815

18.2火箭控制系统的组成、典型结构与基本概念816

18.2.1控制系统的组成816

18.2.2飞行控制系统的结构和任务817

18.2.3测试发控系统的结构和任务818

18.2.4控制系统设计的基本概念819

18.3火箭飞行控制技术的发展821

18.3.1近程导弹的射程控制（Vk和θk制导方案）822

18.3.2射程偏差补偿方案822

18.3.3无线电横校/惯性制导方案822

18.3.4横向惯性坐标转换和纵向双补偿视加速度特征量关机方案823

18.3.5尾翼和燃气舵姿态控制方案825

18.3.6液压伺服机构、摆动发动机和时变校正网络的多回路姿态稳定方案825

18.4现代火箭控制系统的两种典型方案826

18.4.1平台/计算机控制系统826

18.4.2速率捷联/计算机控制系统830

18.5载人火箭控制系统的冗余方案842

18.5.1国外载人火箭控制系统的发展与特点842

18.5.2控制系统冗余设计的原则849

18.5.3平台/速率捷联控制系统冗余方案的比较851

18.5.4载人火箭控制系统冗余设计的一般法则851

18.5.5平台/捷联复合控制系统及其冗余管理859

第19章 载人航天器人控系统的设计与地面试验863

19.1人控系统的设计原则与任务要求863

19.1.1人控系统的设计原则864

19.1.2人控系统在载人航天器各飞行段要完成的任务864

19.2人控系统的结构、功能和配套设备865

19.2.1手柄机械联动比例控制系统865

19.2.2手柄电路控制冲量比例控制系统866

19.2.3联盟TM号飞船的人控系统结构867

19.2.4数字控制回路人控系统873

19.2.5模拟控制回路人控系统877

19.3人控系统的主要仪器设备及其特性881

19.3.1航天员控制台881

19.3.2飞船运动控制手柄884

19.3.3航天员观察用的光学仪器887

19.3.4逻辑控制装置890

19.3.5人控接口处理单元891

19.3.6人控系统对其他综合系统的要求891

19.4人控系统的安装布局要求与人机工效学892

19.4.1人在载人航天飞行中的作用与限制892

19.4.2船载仪器设备的布局和特殊要求892

19.4.3对航天员控制台和座持的基本要求893

19.4.4仪器设备的布局894

19.4.5仪器设备的结构和安装建议895

19.4.6飞船工作面的布局实例896

19.5飞船离轨返回的人工控制898

19.5.1飞船离轨返回着陆控制阶段的划分898

19.5.2飞船返回再入段的特点和过程899

19.5.3各种人控返回工作模式900

19.6飞船交会对接的人工控制902

19.6.1飞船转入人控交会对接的条件902

19.6.2人控交会对接控制的方法902

19.6.3人控停靠驾驶过程904

19.6.4人控与距离有关的交会速度控制905

19.6.5“悬停”后向交会目标试飞的人控过程与参数要求906

19.7人控系统的可靠性设计909

19.7.1可靠性设计原则909

19.7.2可靠性设计措施909

19.7.3人控备份手段的必要性和充分条件910

19.8人控系统的地面试验911

19.8.1地面仿真试验与自主试验911

19.8.2航天员在人控系统中的数学模型912

19.8.3人控系统的仿真914

19.8.4人控系统自主电试验918

第20章 航天工程供电与接地的电磁兼容性设计921

20.1引论921

20.2供电与接地方案的提出及设计要求921

20.3供电与接地的电磁兼容性设计原理924

20.3.1基本概念924

20.3.2干扰源927

20.3.3敏感器935

20.3.4电磁干扰的耦合通路937

20.4航天发射场的供配电与各系统的用电943

20.4.1航天发射场的供配电状态943

20.4.2各系统的用电（以运载火箭和载人航天器为例）947

20.4.3 N线和PE线混接的危害性分析947

20.4.4供电隔离与接口隔离的优越性分析949

20.5航天发射场测发厂房单地网—点接地设施与各系统的接地953

20.5.1测发厂房的接地线路类型953

20.5.2各系统的内部接地设置954

20.5.3系统接地要注意的问题与方法956

第21章 空间交会对接系统概论958

21.1引论958

21.2空间交会对接系统的基本组成960

21.3空间交会对接过程的阶段划分961

21.3.1目标飞行轨道和追踪轨道962

21.3.2交会对接过程阶段划分963

21.4国外交会对接测量技术的发展状况964

21.4.1美国交会对接测量技术965

21.4.2苏联/俄罗斯交会对接测量技术966

21.4.3欧洲空间局交会对接测量技术967

21.4.4日本交会对接测量技术968

21.4.5相对测量技术发展趋势及典型设备技术指标971

21.5测量过程及其特点977

21.5.1 测量过程977

21.5.2测量系统特点978

21.6测量技术研究的主要内容979

21.6.1测量传感器研究979

21.6.2测量系统研究979

21.7船载相对测量系统体制研究980

21.7.1测量系统配置原则980

21.7.2交会控制的最终目标——对接的初始条件980

21.7.3测量系统的主要技术要求981

21.7.4测量体制（测量设备配置方案）及其分析982

21.8空间对接机构987

21.8.1空间对接机构的总体概念987

21.8.2对对接机构的主要技术要求990

21.8.3对接机构与工程总体的关系993

21.8.4空间对接机构的类型994

21.8.5异体同构周边式对接机构1001

第22章 空间交会对接控制原理与工程设计1005

22.1空间交会对接控制基础1006

22.1.1交会对接的动力学问题1006

22.1.2交会对接工程设计要点1008

22.1.3交会变轨的一般方法1012

22.2描述两航天器相对运动的相对坐标系1029

22.2.1旋转直角相对坐标系O1 XBYBZB（轨道相对坐标系）1029

22.2.2非旋转直角相对坐标系O1XHYHZH（惯性相对坐标系）1030

22.2.3瞄准线直角相对坐标系O1 XAYAZA（射线直角坐标系）1031

22.3两航天器质心的相对运动方程1034

22.3.1两航天器质心运动方程的一般数学描述1034

22.3.2在旋转直角相对坐标系中的运动方程1034

22.3.3在非旋转（惯性）直角坐标系中的运动方程1040

22.3.4瞄准线（射线）相对坐标系中的运动方程1043

22.3.5两航天器质心相对运动线性化方程的通式1047

22.4自由轨道法接近控制1048

22.4.1船载交会接近控制系统方案1048

22.4.2自由轨道法接近控制概念1051

22.4.3控制数学模型与控制程序1053

22.4.4自由轨道控制的质量特性1055

22.5瞄准线法接近控制1060

22.5.1控制原理与控制数学模型1060

22.5.2惯性平行接近法的控制规律1063

22.5.3瞄准线接近控制的质量特征1068

22.5.4瞄准线接近法的校正控制1071

22.5.5瞄准线接近法的硬件构成方案1074

22.6飞船控制系统设计1075

22.6.1飞船完成交会对接任务各飞行段的工作模式1076

22.6.2飞船与空间站交会对接的轨道控制1079

22.6.3飞船的GNC系统1083

22.7交会对接控制对相对运动测量设备的要求1091

22.7.1相对运动参数测量要求1092

22.7.2测量设备温湿度环境要求1092

22.7.3测量设备力学环境要求1093

22.7.4测量设备其他环境要求1094

22.7.5测量设备电磁兼容设计要求1095

附录A世界主要航天国家的运载火箭1100

A1苏联/俄罗斯的运载火箭1100

A1.1东方号系列运载火箭1100

A1.2联盟号系列运载火箭1104

A1.3宇宙号系列运载火箭1106

A1.4质子号系列运载火箭1106

A1.5旋风号系列运载火箭1108

A1.6天顶号系列运载火箭1108

A1.7能源号运载火箭1108

A2美国的运载火箭1109

A2.1雷神系列运载火箭1109

A2.2宇宙神系列运载火箭1110

A2.3德尔它系列运载火箭1110

A2.4侦察兵系列运载火箭1118

A2.5土星系列运载火箭1118

A2.6大力神系列运载火箭1119

A3其他国家的运载火箭1119

A3.1欧盟的运载火箭1119

A3.2日本的运载火箭1123

附录B常用天体运行数据和特性参数1125

附录C用于轨道计算的正则单位制1142

参考文献1144