● 摘要
根据我国载人航天发展三步走战略，要在2010年前后突破空间交会对接技术。本论文旨在对交会对接远距离导引策略、地面远距离导引能达到的精度、交会对接地面测控通信技术等实现交会对接必须解决的关键技术问题进行研究，为我国载人航天工程第二步第一阶段交会对接任务的方案设计提供有益的参考。论文第一章首先对国外交会对接技术的发展进行了综述，重点论述了交会对接远距离导引策略及终点精度、载人航天测控网发展和中继卫星系统在载人航天任务中的应用等方面的研究和进展情况，在此基础上引出了本文的主要研究内容和研究方向。第二章推导了交会对接轨道动力学和运动学方程，分别给出了远距离导引和近距离导引轨道计算常用的方法和解析解。第三章分析了交会对接发射窗口相关问题，重点论述了交会对接任务追踪飞行器初始轨道对发射窗口的影响，在此基础上分析了两相邻发射窗口时间差和初始相位差的变化规律，掌握两次发射窗口间的时间差及相位差的变化规律对交会对接任务飞行试验方案的制定及远距离导引调相策略的制定具有重要意义。第四章研究远距离导引最优策略，推导了主调相轨道高度和可调整相位角的关系，重点研究了工程约束条件下的脉冲变轨策略，给出了变轨策略计算流程，对给定初始相位差情况下的各种远距离导引策略进行了比较、分析，给出了适合我国工程实际情况的最优远距离导引策略。远距离导引可达到的精度决定着地面导引和飞行器自主导引的分工界面，论文第五章分析了影响远距离导引终点精度的误差因素；提出了利用简化动力学模型、采用拟平均根数法和协方差法进行误差传播计算的方法；推导了误差传播和误差分析数学模型；进行了仿真计算，给出了一定条件下远距离导引能达到的精度指标；通过误差影响规律分析，得出终点精度的提高应从抑制沿迹向、径向误差着手的结论。论文第六章回顾了国内外航天测控技术的发展历程，分析了我国现行载人航天测控体制存在的弊端以及载人航天测控任务的新需求，提出了载人航天测控通信网的发展趋势；研究了我国中继卫星系统应用于交会对接任务的相关问题，重点进行了覆盖性能分析和中继终端性能分析，并提出了中继卫星系统应用于我国交会对接任务的初步方案。论文的创新点有以下几点：1）提出了一种综合考虑轨道确定、轨道预报、轨道控制等多方面误差因素的地面远距离导引控制精度计算的新方法；2）相对于一般的时间固定、燃料最省的最优导引策略计算方法，提出了一种综合考虑交会时间、燃料消耗及远距离导引终点精度，且满足工程测控约束条件的最优远距离导引控制策略计算的新方法；3）提出了我国中继卫星系统应用于交会对接任务的初步方案，在对船载中继终端测控覆盖和误码率等性能分析的基础上，对921工程船载中继终端天线口径要求、安装要求等提出了工程建议；4）提出了载人航天测控通信系统的发展方向。