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第1章　绪论 1

1.1　航天器在轨服务技术的研究背景 1

1.2　航天器在轨服务的概念 3

1.3　航天器在轨服务体系的组成 4

1.3.1　服务系统 5

1.3.2　客户系统 12

1.3.3　辅助系统 16

1.4　航天器在轨服务的效益分析 18

1.5　航天器在轨服务技术的应用前景 20

第2章　在轨服务技术研究进展 23

2.1　概述 23

2.2　美国的在轨服务技术 25

2.2.1　航天飞机在轨服务任务 27

2.2.2 空间遥操作机器人（STP）计划 32

2.2.3　机器人航天员计划 38

2.2.4　试验卫星系统（XSS）计划 40

2.2.5 自主交会技术验证卫星计划 42

2.2.6　轨道快车计划 43

2.2.7　部分地面试验计划 48

2.3 日本的在轨服务技术 59

2.3.1 国际空间站的日本实验舱及机械臂 60

2.3.2 工程试验卫星—7（ETS—VII） 61

2.3.3 H—2转移飞行器（HTV） 72

2.3.4　轨道维护系统（OMS） 74

2.3.5　可重构机器人卫星簇计划 79

2.4　加拿大的在轨服务技术 83

2.4.1　航天飞机空间机械臂系统 83

2.4.2 国际空间站的活动服务系统 84

2.4.3　发展规划 88

2.5　欧洲的在轨服务技术 89

2.5.1　德国的空间机械臂技术 90

2.5.2 机器人技术试验（ROTEX） 90

2.5.3　试验服务卫星计划 91

2.5.4 同步卫星轨道重置机器人计划 94

2.5.5　轨道寿命延长系统 95

2.5.6　赫耳墨斯计划 97

2.5.7 空间系统演示验证技术卫星计划 98

2.5.8 自动转移飞行器 98

2.5.9　其他空间机械臂计划 101

第3章　航天器在轨服务的任务分析 105

3.1　在轨服务的典型任务 105

3.2　在轨服务的任务规划 108

3.2.1　服务执行方式 109

3.2.2　人—机服务方式 115

3.3　在轨服务任务的执行序列 117

第4章　航天器在轨服务的轨道动力学基础 119

4.1　在轨服务的轨道动力学问题 119

4.2　空间交会对接 122

4.2.1　空间交会 123

4.2.2　终端交会 135

4.3　在轨释放或发射 140

4.3.1 几何关系与坐标系 140

4.3.2　被释放航天器精确运动方程 141

4.3.3　基于极坐标的精确相对运动方程 143

4.4　在轨伴随运动 144

4.4.1 伴随航天器与主星的相对运动学关系与应用 145

4.4.2　伴随运动的运动学分析 147

4.5　在轨机动绕飞与接近 153

4.5.1　长期绕飞轨道设计 154

4.5.2　接近与机动绕飞轨道设计 164

第5章　有人在轨服务 169

5.1　概述 169

5.2　有人在轨服务典型应用 171

5.2.1　在轨维护 172

5.2.2　后勤支持 176

5.2.3　在轨装配 177

5.3　有人在轨服务的主要设备 178

5.3.1　舱外活动航天服与生命支持系统 179

5.3.2　空间载人机动装置 193

5.3.3　舱外维修工具 200

5.4　有人在轨服务特点分析 204

5.4.1　有人在轨服务的优势 204

5.4.2　有人在轨服务的局限 205

5.4.3　有人在轨服务的应用范围 206

第6章　自主在轨服务 208

6.1　概述 208

6.2 自主在轨服务典型应用 211

6.2.1　人员遥操作在轨服务 212

6.2.2　人员监控下自主服务 215

6.2.3　完全自主在轨服务 215

6.3　自主在轨服务的关键技术 217

6.3.1　客户系统 217

6.3.2　服务系统 223

6.3.3　服务操作技术 230

6.4 自主在轨服务特点分析 232

6.4.1　人员遥操作在轨服务 232

6.4.2　人员监控下自主服务 233

6.4.3　完全自主在轨服务 235

第7章　可接受在轨服务航天器设计技术 238

7.1　概述 238

7.2　面向在轨服务的模块化设计技术 239

7.2.1　典型实例 241

7.2.2　航天器模块化设计方法 283

7.2.3　航天器模块划分及体系结构 285

7.2.4　模块化标准接口与模块集成 290

7.3 ORU模块设计技术 297

7.3.1　典型实例 298

7.3.2　航天器模块在轨可替换性分析 300

7.3.3 ORU模块体系结构 301

7.4　先进星务管理技术 307

7.4.1　典型实例 310

7.4.2　健康管理系统总体框架 313

7.4.3　星务系统硬件体系结构 317

7.4.4　星务系统软件体系结构 318

第8章　服务航天器设计技术 321

8.1　概述 321

8.2　服务航天器典型实例 322

8.2.1　微小服务卫星 322

8.2.2　空间机器人 327

8.3　总体设计与布局 338

8.4　机械臂技术 344

8.4.1　机械臂设计 345

8.4.2　遥操作技术 346

8.4.3 多臂控制技术 347

8.4.4　机电一体化仿真技术 347

8.4.5　地面实验技术 348

8.5　先进推进技术 350

8.5.1　冷气推进 350

8.5.2　单组元推进 351

8.5.3　双组元统一推进 352

8.5.4　电推进 352

8.5.5　核动力推进 355

第9章　在轨服务操作技术 358

9.1　概述 358

9.2　交会对接技术 359

9.2.1　交会对接测量技术 361

9.2.2　面向在轨服务的对接机构技术 367

9.3　在轨模块更换技术 399

9.3.1　典型实例 404

9.3.2　模块备份与重启技术 405

9.3.3　模块拆卸、处理和更换技术 408

9.3.4　模块自主检测与识别技术 409

9.4　在轨加注技术 412

9.4.1　典型实例 414

9.4.2　在轨加注方式 417

9.4.3　直接传输加注关键技术 418

9.4.4　模块更换加注关键技术 420

第10章　航天器在轨服务技术发展展望 426

10.1　在轨服务技术发展的路线图 426

10.2　在轨服务体系的发展规划 430

10.3　在轨服务技术的研究途径 432

10.3.1　先期概念研究 433

10.3.2　地面仿真、测试与演示试验 433

10.3.3　飞行试验 434

10.4　对我国在轨服务技术发展的启示 434

参考文献 439

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