本书以近圆轨道航天器交会调相策略为主要研究对象，首先系统介绍了航天器的轨道动力学模型，给出经典轨道要素和无奇异轨道要素的轨道摄动模型，并从脉冲推力、连续推力、小推力三个方面对轨道转移交会的动力学问题进行分析，之后重点介绍了航天器自主交会调相制导、时间最优以及燃料最优静止轨道交会、考虑摄动的静止轨道多目标交会优化等问题的解决方案，最后总结了在轨服务新场景下航天器远程自主交会对接任务的分析与设计。

张景瑞，北京理工大学教授、博士生导师，2018年度国家杰出青年科学基金获得者，兼任中国自动化学会空间及运动体控制专业委员会委员、中国力学学会动力学与控制专业委员会委员、中国振动工程学会非线性振动专业委员会委员；先后受邀担任宇航领域著名期刊 Acta Astronautica 客座主编，JSASS、IJALS、Space:Science & Technology等国际期刊编委。主要研究航天器姿态控制能力、对轨道的制导、导航控制能力，以及在轨服务等方面的关键问题，在宇航类国际权威期刊发表SCI论文60余篇，授权发明专利20余项；先后主持了多项国家自然科学基金委项目、863项目及院所合作项目；先后获得北京市科技新星计划、北京市优秀人才培养资助计划等支持，以及“北京青年科技奖”、“全国优秀科技工作者”等奖励。

第1章 绪论
1.1 交会对接的基本概念
1.1.1 交会对接飞行阶段划分
1.1.2 交会对接的约束和条件
1.2 航天器自主交会任务历史发展
1.2.1 国外交会对接技术发展和现状
1.2.2 我国交会对接技术发展
1.2.3 在轨服务领域中自主交会的应用
1.3 航天器远程自主交会方法现状及趋势
1.3.1 远距离导引变轨策略
1.3.2 航天器定点位置调整方法
1.3.3 自主交会轨迹优化
1.3.4 多目标交会优化方法
1.4 本书主要内容
第2章 航天器轨道运动方程
2.1 航天器质心运动方程
2.1.1 坐标系与变量定义
2.1.2 不同坐标系下航天器质心运动的动力学方程
2.2 Kepler轨道方程
2.2.1 在轨道平面内考察Kepler轨道
2.2.2 在惯性空间观察的Kepler轨道
2.3 航天器的相对运动方程
2.3.1 航天器的近距离相对运动
2.3.2 在轨道坐标系中的相对运动方程
2.3.3 相对运动方程的解
2.3.4 航天器伴随运动性质
2.3.5 航天器近距离相对运动方程的推广
第3章 轨道偏离与摄动
3.1 轨道安全与轨道偏离
3.1.1 故障公差和轨道设计要求
3.1.2 轨道安全的设计原则
3.1.3 轨道偏差的成因
3.2 航天器系统产生的轨道偏差
3.2.1 导航偏差引起的轨道偏差
3.2.2 推进偏差引起的轨道偏差
3.2.3 推进器故障导致的轨道偏差
3.3 轨道摄动
3.3.1 轨道摄动的概念
3.3.2 轨道摄动的Cowell法和Encke法
3.3.3 轨道要素变动法
3.3.4 地球非球形引力摄动
3.3.5 大气阻力摄动
3.3.6 日月第三体引力摄动
3.3.7 太阳光压摄动
第4章 航天器轨道转移交会
4.1 轨道机动的概念和分类
4.1.1 轨道机动的概念
4.1.2 轨道机动的分类
4.2 脉冲推力作用下的轨道机动
4.2.1 单脉冲机动
4.2.2 双脉冲机动
4.2.3 三脉冲机动
4.3 连续(有限)推力作用下的轨道机动
4.3.1 连续力轨道机动的动力学模型
4.3.2 典型连续推力机动轨道
4.4 (微)小推力作用下的轨道机动
4.4.1 航天器轨道机动最优控制数学模型
4.4.2 牛顿中心场中可变小推力非共面椭圆最优轨道控制
4.4.3 地球扁率影响下可变小推力非共面椭圆最优轨道控制
第5章 航天器自主交会调相策略
5.1 特殊点变轨策略
5.1.1 基于轨道预报的特殊点变轨基本模型
5.1.2 自主调相过程描述
5.1.3 远程调相各子飞行阶段的变轨操作
5.1.4 预设参数确定
5.1.5 案例分析
5.2 综合变轨策略
5.2.1 综合变轨的策略方法
5.2.2 近圆Kepler轨道与基准圆轨道偏差方程和解析解
5.2.3 多脉冲综合变轨的瞄准点偏差方程
5.2.4 多脉冲综合变轨的数值求解
第6章 航天器交会轨道转移优化问题
6.1 航天器交会最优轨道转移
6.1.1 时间最优问题建模
6.1.2 协态初值估计
6.1.3 案例分析
6.2 考虑GEO主摄动的小推力燃料最优轨道调相
6.2.1 考虑GEO主摄动的静止轨道模型
6.2.2 燃料最优问题建模
6.2.3 案例分析
6.3 航天器交会轨道转移多目标优化
6.3.1 问题建模
6.3.2 考虑田谐项修正的长时间轨道平面内转移
6.3.3 用于修正轨道倾角的轨道法向脉冲
6.3.4 案例分析
第7章 航天器远距离自主交会任务分析与设计
7.1 发射段
7.1.1 发射窗口
7.1.2 发射作业的适应度
7.1.3 发射末段航天器的状态
7.2 远距离导引段
7.2.1 远距离导引设计约束条件
7.2.2 交会对接轨道设计
7.2.3 追踪航天器入轨轨道设计
7.2.4 远距离导引段终点状态设计
7.2.5 远距离导引轨道机动设计
7.3 近距离导引段
7.3.1 寻的段
7.3.2 交会时的相对导航
7.3.3 轨道因素和弹性时间因素
7.3.4 与目标航天器的通信联系
7.3.5 接近段与平移靠拢段
7.3.6 绕飞和R轴捕获
7.3.7 最后逼近段
7.4 对接或停靠段
7.4.1 目标或终极条件
7.4.2 关于捕获问题的讨论
7.5 组合体运行段
7.6 撤离段
7.6.1 撤离段的目标和终端条件
7.6.2 撤离的限制和问题
参考文献
附录
附录A 地球非球形摄动主项在惯性坐标系的分量
附录B Liu半解析理论
附录C 转移时间整数倍轨道周期
附录D Jacobian矩阵Jt
附录E 燃料最优开关函数S的一阶时间微分和二阶时间微分
附录F Jacobian矩阵Jt
附录G 偏微分aS/ay