小天体着陆探测动力学与控制

本书是一本聚焦小天体着陆探测及其动力学与控制问题的专著，回顾了人类已开展的小天体着陆及接触探测任务，总结了着陆探测中的关键动力学问题与主要研究成果。全书共7章，主要内容涵盖小天体非均质结构引力场建模、崎岖碎石表面刻画、弱引力表面附近质点和刚体运动动力学、双小行星系统着陆动力学。
本书可供航天动力学、深空探测和行星科学等领域的研究人员参考，对小天体着陆探测感兴趣的人员亦可阅读。

第1章 小天体表面接触探测综述
1.1 概 述
1.2 小天体着陆探测任务及挑战
1.2.1 空间探测任务进展
1.2.2 着陆探测机器人与地面实验模拟
1.3 着陆运动质点动力学
1.3.1 着陆分析中的小天体建模方法概述
1.3.2 探测器着陆质心运动动力学
1.4 表面接触运动的探测器姿轨耦合动力学进展
1.4.1 单颗小天体表面着陆运动分析
1.4.2 双小行星系统着陆运动分析
1.5 小天体表面力学性质及着陆关键技术
1.5.1 表面力学性质
1.5.2 着陆探测中的动力学与控制新问题
1.5.3 着陆探测关键技术
参考文献
第2章 不规则小天体引力场与表面地形模型
2.1 概 述
2.2 考虑碎石表面的多面体模型
2.2.1 小天体多面体模型
2.2.2 米级石块表面多面体模型
2.3 多面体模型重构
2.4 离散元模型
2.5 有限元模型
2.5.1 有限单元法引力场建模
2.5.2 有限单元法计算小天体引力平衡点
2.5.3 小天体 Arrokoth 异质结构的引力场解算
2.6 本章小结
参考文献
第3章 小天体表面附近质点运动分析
3.1 概 述
3.2 小天体表面质点动力学模型
3.2.1 质点运动的动力学方程
3.2.2 小天体表面附近质点运动的事件驱动模型
3.2.3 应用算例:着陆器 Philae 的下降弹跳轨迹
3.3 小天体 Bennu 表面质点运动分析
3.3.1 小天体 Bennu 表面质点自由运动
3.3.2 小天体 Bennu 表面质点运动现象成因分析
3.4 小天体表面质点运动趋势特征
3.4.1 小天体表面质点运动趋势研究方法
3.4.2 典型外形小天体表面着陆器运动趋势数值分析
3.4.3 应用算例:小天体 Kamo'oalewa 表面动力学特性分析
3.5 本章小结
参考文献
第4章 小天体表面跳跃运动可达域
4.1 概 述
4.2 表面跳跃运动可达域
4.2.1 跳跃可达域及速度上下限
4.2.2 小天体 Bennu 表面的跳跃可达域
4.2.3 彗星 67P 表面的跳跃可达域
4.3 小天体表面弹跳轨迹误差分析
4.3.1 潜在跳跃可达域
4.3.2 小天体 Bennu 表面的潜在跳跃可达域
4.4 本章小结
参考文献
第5章 刚体着陆器的着陆动力学
5.1 概 述
5.2 刚体着陆器姿轨耦合动力学模型
5.3 不同外形着陆器的着陆动力学分析
5.3.1 立方体探测器姿轨演化
5.3.2 长方体探测器和圆柱体探测器姿轨演化
5.4 碎石表面着陆运动分析
5.4.1 米级石块地形
5.4.2 厘米级石块地形
5.4.3 计算效率分析
5.5 风化变形表面的着陆运动
5.5.1 风化层接触力模型
5.5.2 风化层变形过程
5.5.3 风化层表面着陆运动仿真分析
5.6 本章小结
参考文献
第6章 小天体表面探测路径规划与起跳动力学
6.1 概 述
6.2 深度强化学习小天体表面路径规划
6.2.1 基于 Q Learning 算法的路径规划
6.2.2 小行星表面探测路径规划问题建模
6.2.3 深度强化学习表面路径规划仿真
6.3 小天体表面弹跳轨迹设计分析
6.3.1 跳跃轨迹设计原理
6.3.2 构建小行星表面粗糙地形
6.3.3 跳跃轨迹仿真结果与分析
6.4 表面巡视器的起跳动力学
6.4.1 力矩驱动式巡视器起跳过程动力学建模
6.4.2 巡视器起跳过程数值仿真
6.4.3 飞轮刹车过程对起跳的影响
6.4.4 刚度及摩擦系数对起跳特征的影响
6.5 本章小结
参考文献
第7章 双小行星系统的着陆动力学
7.1 概 述
7.2 双小行星悬停探测
7.2.1 双小行星模型与模糊控制方法
7.2.2 模糊控制系统仿真分析
7.2.3 控制器优化设计与性能比较
7.3 引力自锁双星系统着陆次星的动力学分析
7.3.1 着陆次星动力学模型
7.3.2 近球-椭球形双星系统参数化仿真
7.4 全二体模型下双星系统着陆动力学
7.4.1 双星系统的着陆动力学建模
7.4.2 双星系统 Moshup-Squannit 的着陆运动分析
7.5 双星模型对着陆运动的影响分析
7.5.1 双小行星的四类引力场模型
7.5.2 不同引力场模型下的着陆动力学分析
7.6 本章小结
参考文献