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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绝对轨道动力学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
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万户飞天承载华夏梦想，嫦娥奔月寄托千年情怀。从陆地到海洋、天空，再到太空，人类对生存环境的探索从未停止。从20世纪60年代开始，载人航天已伴随着航天技术发展了半个多世纪。目前仅有俄罗斯、美国和中国三个国家具有自主载人航天能力。
载人航天不仅大大拓展了人类的活动范围，更为空间资源的进一步开发提供了有效的技术手段。苏联最早的载人空间站，美国阿波罗登月计划，中国载人航天工程，每一个轰动世界的重大航天项目，都彰显了一个国家在政治、军事、科技等方面的强大实力。
载人航天工程是一项由载人航天器、运载器、航天发射场、航天测控网、应用系统等多个分系统组成的复杂系统工程，它涉及战略级、任务级、系统级和部件级等不同层次的仿真任务。本书不仅介绍仿真建模的基础理论和模型，同时还针对以载人航天任务仿真为核心的逃逸与应急救生、交会对接和载人深空探测等载人航天任务，进行不同层次的建模，并建立相应的仿真系统，具有较高的工程价值和理论前瞻性。
全书共3部分10章。第1部分为载人航天仿真支撑技术（第1章至第3章）。第1章概述了载人航天仿真概念与发展，第2、3章分别给出了载人航天仿真的基本原理和仿真平台及架构。第2部分为载人航天系统建模（第4章至第7章），第4章给出载人航天系统通用模型，第5章至第7章分别为逃逸救生、交会对接和深空探测任务专业建模。第3部分为载人航天系统仿真（第8章至第10章），第8章至第10章分别针对大气层内、近地以及深空载人航天任务仿真系统开展设计与应用。
1992年，我国载人航天工程正式启动，作者所在的载人航天系统分析与仿真团队就一直从事载人航天仿真相关研究，本书所涉及的内容很多是团队20余年工作的总结。研究工作得到了中国载人航天工程办公室、中国航天科技集团有限公司一院、五院、八院，以及众多载人航天领域专家的支持和帮助。另外，于大腾博士、贺波勇博士、黄悦琛博士、郭帅博士也参与了部分章节的编写。在此，一并向他们表示感谢！
本书是国内第一部系统阐述载人航天系统建模与仿真的学术著作，它的出版恰逢中国载人航天工程三步走战略的第三步。我们由衷希望越来越多的有志人才能够加入进来，共同实现中华民族延续千年的航天梦！
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