《空间飞行器动力学》读书报告.doc

2012 年 秋 季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:空间飞行器飞行动力学与控制 学生所在院（系）:航天学院学生所在学科:飞行器设计学 生 姓 名:郭金生学 号:12S118022学 生 类 别:考核结果阅卷人 第 1 页 （共 5 页）空间飞行器动力学读书报告因为我本科专业不是航天方向，所以在研一阶段需要补修赵钧老师的“空间飞行器飞行动力学与控制”，赵老师学识渊博、治学严谨是我们永远追随和学习的对象。赵钧和刘暾两位老师编著的空间飞行器动力学深入浅出，堪称经典教材，是我们日后学习和工作需要经常查阅的文献。由哈尔滨工业大学的赵钧和刘暾两位老师为我们由浅入深的介绍了空间飞行器轨道动力学和姿态动力学。通读全书，一两遍是不能完全领会书中的精华的，所以我决定将本书作为一本永久的参考读物以备将来学习工作之用。全出分为十六章，每一章都包含了赵老师的智慧和辛勤劳动。下面简述每一章节学习的主要内容。第一章为绪论，介绍了航天发展史，使我对整体航天发源与发展有了初步了解。第二章和第三章是飞行器轨道基本公式推导。从简单的牛顿运动方程可以得出火箭的导引规律，从简单的两体问题得出了著名的：“开普勒三大定律”。在此我明白了为什么轨道面方向始终保持不变，为什么会出现椭圆轨道，其原因和偏心率e有直接关系。同时在这两章掌握了轨道六要素：半长轴、偏心率、升交点赤经、真近点角距、真近角和轨道倾角。两体问题和中心引力场的运动问题也就是忽略其他天体的作用，只研究某一影响最大的星球对空间飞行器的影响（如地球对于人造地球卫星）。多个星体同时作用于空间飞行器的运动规律目前尚未找到一般通解，只能依靠数值计算。两体问题中主要讨论了极坐标系中轨道方程的推导，其中有两点我认为非常巧妙：第一就是用叉乘的等号两端从而将问题简化成可以积分的格式；第二就是用点乘上一步积分后的等式从而得出极坐标系中的轨道方程。本章之后用星体的动力学方程推导得出其能量方程并证明其守恒。最后讨论了各种轨道形式，其中椭圆轨道是我们经常适用的，必须熟悉各个参数及其意义；双曲线轨道在分析后面的借力飞行原理时将要用到，也应该做到会推导。第四章与第二章衔接，研究了空间飞行器入轨后将形成什么样的轨道或者反过来，给定六要素后求入轨速度和失径。最后研究了星下点轨迹。我在第五章学习了轨道机动，其分为：变轨、轨道修正和接近机动。变轨就是给变轨道参数以使初始轨道过渡到中间轨道或者最终轨道，包括一次变轨和两次变轨（霍曼变轨能量最省）。轨道修正是补偿轨道参数中的误差。学到许多变轨方法。第六章讲述飞行器在行星际间的航行，讨论了行星际间该如何变轨和三体问题等重要理论知识，宇宙是浩瀚无穷的，就像人类探索未知世界的欲望。自人类诞生以来，我们的祖先就一直在仰望星空，盼望着有朝一日能够飞向“九重天”。随着工业革命以来科学技术的突飞猛进，特别是21世纪以来电子信息技术已经以史无前例的速度向前飞跃并且迈向新的领域，人类探索未知世界的梦想好像已经不再那么虚幻不可琢磨。电影阿凡达为我们讲述了未来人类涉足宇宙深空，拓宽殖民领域的故事。而最近的新闻也有说美国科学家已经找到了距离地球仅仅40光年的一颗类地行星，且它还具有液态海洋和大气。“我们在这个世界是否是孤独的？”貌似逐渐将会有了答案。虽然数不尽的挫折考验了并将继续考验这我们，然而这一切都不能阻挡人类探索的步伐，因为我们相信：科学，可以将我们引向真理；第七章讨论了我们过刚刚试验成功的飞行器相对运动和交会对接，让我知道交会对接需要什么条件。希尔方程式（推导希尔方程式是从目标和追赶飞行器的运动方程式出发，再结合轨道坐标系中两飞行器的相对距离的坐标表示和牛顿第二定律求得。）为我们提供了解决问题的一般方法。使两空间飞行器在轨道上相遇的飞行过程叫做交会，使两飞行器在交会后，相对速度为零的过程则被称为对接。整个交会对接的过程，按变轨控制的方法和要求的不同可以划分为四个阶段：地面引导段；自动寻的段；最后逼近段；对接合拢段。其中自动寻的阶段，要进行较精确的轨道飞行，导引控制率有多种，比较常用的有：多脉冲交会；平行接近法；渐进接近法；按最优控制率的交会方法。飞行器在轨运行时轨道不是理论中描述的那样一成不不变，第八章便讨论了轨道摄动问题，让我知道了日月摄动，地球形状摄动还有大气摄动原理，和摄动相关公式。第九章探讨了空间飞行器返回时的动力学方程，从其主要阶段入手为我们展示了，飞行器如何成功返回地球，是我们日后在此领域科研的主要参考。第十章开始赵老师讲述飞行器姿态动力学问题。首先介绍了各种坐标系：地球惯性坐标系、轨道坐标系、本体坐标系等等，都是我们日后经常是使用的参考系，同时掌握了如何在不同坐标系间变换。第十一章向我们展示了飞行器姿态运动与作用力矩之间的关系，是我了解了基本的姿态动力学方程。第十二章介绍了被动姿态控制：重力梯度力矩稳定，讨论起稳定条件，使我受益匪浅。十三章和十四章分别讲述了单自旋稳定和双自旋稳定飞行器特点和其动力学原理，使我了解到了飞行器自旋稳定稳定域划分。第十五章进一步讨论了三轴稳定空间飞行器，分析了空间飞行器相对中心星体的定向，此类飞行器其固联坐标系和空间飞行器坐标系合二为一，饶他们的坐标轴的姿态定向分别按规定的规律进行。其执行机构主要有：推力器、动量轮和姿态力矩陀螺等。第十六章讲述了我最关系的理论问题带挠性飞行器动力学模型。它是最接近现实应用的理论知识，在本章我学习了如何建立柔体