前言

随着科技的发展，航天领域正在发生着巨大变化。航天器已经由过去单一的地球轨道卫星，逐步发展出各种类型，如宇宙飞船、空间站、空间机器人等。特别是近十年来，随着信息技术的迅猛发展，航天领域得到了巨大拓展。航天器正在为人类了解地球、探索太空发挥着巨大作用；航天器正在为人类社会发展提供着巨大支撑，为人类更好地生产生活提供着大量服务与保障。可以说，如果没有航天器人们今天的生活不会这么便利，没有航天器人们就不会创造出今天的巨大财富。

目前，由于航天任务越来越复杂，航天器也随之越来越复杂，功能越来越丰富，性能越来越高。航天器已经由单纯实现绕地飞行，实现天地通信等功能，逐步向新的更复杂的任务方向发展。例如，围绕其他天体飞行（如月球、火星、太阳、小行星等），并实施探测；建立空间站，使人类可以长期驻留太空进行科学实验；在其他天体表面驻留（如月球、火星等），并开展探测等。这一切推动了航天器控制技术在理论、方法和应用上的进展。航天器控制技术已成为当前科技领域发展的重要方向之一，国内许多高等院校和科研院所都在开展这一领域的研究。因此，对从事航天器控制领域研究与开发的人才需求与日俱增，关于航天器控制技术的教学也越来越引起人们的重视。

本书针对航天器控制领域人才培养需求，充分考虑航天器控制技术发展的特点，全面介绍了航天器的基本概念及其发展历程，航天器控制的主要基础理论与方法，包括航天器的数学模型、控制系统结构、姿态控制方法、轨道控制方法、控制仿真技术等。同时，根据航天器的不同类型，全面介绍了航天器控制的工程应用，具体包括卫星控制系统及其控制、空间机器人控制系统设计及其挠性控制、载人飞船控制系统设计及其再入返回控制、航天飞机控制系统设计及其再入着陆控制和空间站控制系统设计及其交会对接控制。通过上述内容，使读者对航天器控制领域的内容有全面的了解，打下良好的工程基础。

全书共有8章。第1章是航天器概论，主要介绍航天器的基本概念及其发展历程、分类及其基本组成、航天器控制概念以及典型航天器。第2章介绍航天器数学模型，包括空间坐标系系统、航天器的轨道运动学和动力学、航天器的姿态运动学和动力学以及空间环境干扰力矩分析。第3章介绍航天器控制系统结构，包括系统组成与结构、测量敏感器、执行机构和航天器控制计算机。第4章介绍航天器轨道控制技术，包括航天器轨道确定、轨道控制、轨道机动以及轨道保持。第5章介绍航天器姿态控制技术，包括航天器姿态确定、被动姿态控制、主动姿态稳定控制以及姿态机动。第6章介绍航天器控制仿真技术，包括航天器控制仿真基本原理、计算机仿真、计算机仿真案例以及物理仿真。第7章介绍航天器控制系统设计与应用，包括卫星控制系统及其控制、空间机器人控制系统设计及其挠性控制、载人飞船控制系统设计及其再入返回控制、航天飞机控制系统设计及其再入着陆控制和空间站控制系统设计及其交会对接控制。第8章是结束语。

张涛教授编写了第1、2、3、4、7、8章，王学谦教授编写了第6章，刘宜成副教授编写了第5章。另外，还要感谢翟坤博士、孟强博士、陈章博士、徐利民博士、陶佳伟博士、牟方厉博士等对本书的编写作出的贡献。

本书配套的还有授课使用的电子教案，可供读者学习或教师教学使用。

感谢清华大学出版社的赵凯老师对本书的热情支持和认真审校。

由于航天器控制技术发展很快，尽管作者尽力在本书中包含了许多新的内容，但仍然会遗漏许多新的思想、方法和不断涌现的系统。由于作者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。

作者

2020年于1月北京清华园