《清华大学动力学与控制丛书：太阳帆航天器动力学与控制》为航天器动力学与控制领域的专业书籍，介绍了一种特殊航天器——太阳帆的动力学与控制问题，主要内容包括以下三大部分：（1）太阳帆轨道动力学，包括太阳帆的日心轨道、地心轨道和平动点附近的轨道以及太阳帆相对运动的动力学与稳定性分析；（2）太阳帆耦合动力学建模、分析和控制，包括轨道姿态柔性耦合动力学建模和控制器设计、利用耦合动力学进行太阳帆的被动稳定设计；（3）太阳帆的任务介绍，介绍了几种太阳帆的潜在应用任务。
　　《清华大学动力学与控制丛书：太阳帆航天器动力学与控制》可供从事太阳帆航天器动力学与控制研究及太阳帆航天器设计的相关人员参考使用。

　　随着航天技术的发展，近几年深空探测成为了研究热点，太阳帆作为一种新型的航天器，它利用太阳光压力进行推进，在深空探测中具有很大的潜在应用价值。但太阳帆通常具有很大的面质比，在动力学与控制方面与传统航天器存在较大差别，在理论和工程上都会面临很多新的挑战。本书作为太阳帆领域的专业书籍，主要阐述了太阳帆轨道姿态动力学的基础知识和作者在研究中积累的太阳帆航天器动力学与控制成果，包括太阳帆的轨道转移设计、新型任务轨道设计、姿态轨道耦合动力学分析和控制设计、太阳帆轨道姿态柔性耦合动力学建模与控制设计、太阳帆编队飞行的动力学分析和控制设计等，内容的具体安排如下：
第1章介绍了太阳帆技术的发展历程。
第2章是太阳帆轨道动力学基础，介绍了太阳帆在不同空间位置能形成的特殊轨道及其稳定性。
第3章是太阳帆转移轨道设计，介绍了二体模型下的时间最优星际转移轨道设计和限制性三体模型下的不变流形转移轨道设计。
第4章是太阳帆耦合动力学建模与分析，介绍了太阳帆轨道姿态柔性耦合动力学建模方法、耦合动力学分析和基于耦合动力学的控制器设计。
第5章是太阳帆被动稳定设计，介绍了被动稳定的概念和被动稳定的设计准则，并针对日心悬浮轨道给出了不同的太阳帆设计方案。
第6章是太阳帆编队飞行理论，介绍了太阳帆相对运动的稳定性条件和队形的设计方法，并给出了不同编队的控制方法。
第7章是太阳帆应用的介绍。
本书第2章轨道的基础知识吸取了Colin McInnes编写的Solar Sailing: Technology,Dynamics and Mission一书中的部分内容，第4章内容来自龚胜平、李青和张瑾博士论文的一部分，其他章节来自作者近几年的研究成果。
由于全书公式和相应的符号较多，同一符号可能在不同的章节有不同的意义，请读者在阅读时注意书中对相应符号的说明。
感谢自然科学基金： 深空探测中若干非线性动力学与控制问题（10832004）、太阳帆轨道姿态动力学与控制研究（10902056）、太阳帆精确动力学建模与参数识别（11272004）和中国民用航天对本书的资助。
由于水平有限，书中不妥之处恳请批评指正。
编者
2013年11月

第1章太阳帆介绍

1．1引言

1．2太阳帆的发展历程

1．3“伊卡洛斯号”太阳帆任务介绍

1．3．1太阳帆的组成

1．3．2IKAROS任务的重要事件

1．3．3IKAROS的展开系统

1．4太阳帆的关键技术

1．4．1动力学与控制

1．4．2太阳帆结构设计、打包和展开技术

1．4．3材料技术

1．5本章小结

参考文献


第2章太阳帆轨道动力学

2．1引言

2．2太阳光压模型

2．3太阳帆轨道动力学

2．3．1日心轨道

2．3．2行星轨道

2．3．3非开普勒轨道

2．4本章小结

参考文献


第3章太阳帆轨道转移

3．1引言

3．2太阳帆局部最优控制

3．2．1太阳帆局部最优控制的形式

3．2．2局部最优控制的应用

3．3星际转移轨道的时间最优问题

3．3．1太阳帆时间最优控制理论

3．3．2太阳帆时间最优轨道转移任务

3．3．3太阳帆时间最优控制的求解方法

3．4太阳帆不变流形轨道转移

3．4．1太阳帆不变流形的介绍

3．4．2地球到人工拉格朗日点的不变流形轨道转移

3．4．3人工拉格朗日点之间的不变流形轨道转移

3．4．4平衡点与周期轨道之间的轨道转移

3．5本章小结

参考文献


第4章太阳帆耦合动力学建模与分析

4．1引言

4．2动力学降阶模型

4．2．1运动学描述

4．2．2动力学方程

4．3有限元模型与分析

4．3．1预应力模态分析

4．3．2瞬态动力学分析

4．4算例验证与研究

4．4．1平动算例

4．4．2转动算例

4．4．3时变特征研究

4．5太阳帆姿态轨道耦合动力学与控制

4．5．1悬浮轨道太阳帆姿态轨道耦合系统的稳定性

4．5．2太阳帆姿态轨道耦合控制

4．5．3数值算例

4．6太阳帆结构姿态轨道耦合动力学与控制

4．6．1日心悬浮轨道下柔性太阳帆动力学方程

4．6．2柔性太阳帆姿态保持控制

4．6．3存在振动初值的柔性太阳帆姿态保持控制

4．7本章小结

参考文献


第5章太阳帆被动稳定设计

5．1引言

5．2姿态被动稳定原理分析

5．2．1对称结构的被动稳定分析

5．2．2不对称结构的被动稳定分析

5．3太阳帆人工拉格朗日点的被动稳定设计

5．3．1太阳帆的结构

5．3．2太阳帆被动稳定在人工拉格朗日点的条件

5．4太阳帆日心悬浮轨道的被动稳定设计

5．4．1平面太阳帆的自旋稳定设计

5．4．2圆锥帆的自旋稳定设计

5．4．3三轴稳定太阳帆的被动稳定设计

5．5本章小结

附录5．A太阳帆转动惯量的计算

附录5．B导数量的表示

参考文献


第6章太阳帆编队飞行

6.1引言

6.2悬浮轨道附近的相对动力学与控制

6.2.1太阳帆悬浮轨道附近的相对动力学分析

6.2.2太阳帆悬浮轨道附近相对运动的稳定性

6.2.3日心悬浮轨道附近的相对构型分析与设计

6.2.4悬浮轨道附近的编队控制

6.3绕地球周期轨道附近的编队

6.3.1自然编队

6.3.2相对运动控制

6.4本章小结

附录6

参考文献


第7章太阳帆的应用

7.1引言

7.2太阳任务的介绍

7.2.1人工拉格朗日点任务

7.2.2GeoSail任务

7.2.3水星任务

7.2.4太阳极地轨道

7.3太阳帆在小行星牵引任务中的应用

7.3.1引力拖车

7.3.2单个引力拖车的控制

7.3.3引力拖车编队

7.3.4各种引力拖车的偏移能力

7.3.5本节小结

7.4太阳帆实现Halo轨道附近的编队控制

7.4.1控制器设计

7.4.2直线编队

7.4.3圆形编队

7.4.4数值算例

7.5本章小结

参考文献