前言

在飞行器设计过程中，弹道专业是联系总体、气动、制导、控制、载荷等多个学科的桥梁和纽带，飞行器的射程、精度、机动能力、突防能力等关键指标都需要弹道专业的参与。一方面，弹道设计是飞行器设计过程中不可或缺的专业，另一方面，弹道仿真参与飞行器设计的多个方面，控制、制导、突防等子系统的设计都离不开弹道仿真。

航天动力学软件是航天动力学理论与工程实践联通的桥梁，可以显著提高航天任务分析设计效率和水平。在弹道设计与仿真工具方面，国外已经形成了一批成熟的航天动力学软件，如侧重于任务仿真分析的STK、FreeFlyer等软件，以及侧重于航天器轨迹优化的POST、ASTOS等软件。这些软件成熟度和可靠性高，广泛应用于多个航天任务中。时至今日，航天动力学软件已经成为航天任务分析与设计中不可缺少的关键工具。但这些软件大部分是解决航天器轨道方面的设计、仿真和优化问题，主要涉及的是大气层外航天动力学问题，且这些软件多对我国限制或禁运。近年来，国内在航天动力学理论研究与工程应用方面均有长足发展，但成熟的航天动力学软件特别是针对弹道计算与仿真方面的软件几乎还是空白，当前我国高等院校及军工研究所的相关研究人员仍主要采用MATLAB/Simulink、C/C++、Fortran等编程语言编制程序进行弹道设计与仿真。让国内的设计人员用上成熟、可靠且不受制于人的航天动力学软件，是我们开发FlightSim软件和撰写本书的出发点。

FlightSim软件由北京航空航天大学宇航学院陈万春教授团队成员李佳峰博士于2004年读研阶段着手开发，在各方面相关人士的帮助与支持下，经过十多年的研制、推广与应用，该软件目前已升级成面向飞行器设计与仿真的开放性设计环境，可以用于解决飞行器通用弹道设计与仿真、控制系统设计与验证、总体方案快速协同设计、多弹协同弹道规划与仿真等一系列问题。FlightSim软件中的弹道计算工具提供了一套弹道模型的可视化设计方法，其操作简单，易于上手，设计人员通过简单的选取和输入即可完成弹道模型搭建，并且可以将公知的和一些重复使用的模型单元统一封装，并预留通用的输入输出接口，进而实现“搭积木”式弹道建模，大大提高了弹道模型的设计效率。

全书共分8章。第1章FlightSim软件概述，介绍了FlightSim软件的基本原理、特点及功能，并与其他常用软件进行了比较。第2章FlightSim软件入门与基本概念，介绍了FlightSim软件的运行规则、运算次序、坐标系定义、地球模型、姿态方式、使用单位、默认变量等内容。第3章程序设计基础，主要讲述FlightSim软件函数使用方法，包括数学运算、向量运算、矩阵操作等；介绍了绘图功能、读写功能等函数的具体使用方法。第4章软件接口与扩展，介绍了软件对外的接口和扩展功能，主要针对C/C++和MATLAB两种软件，以实例的形式详细讲述了自定义接口函数的使用方法和步骤。第5章气动建模，针对软件专门开发的气动建模工具，详细介绍了气动建模工具的计算原理及内部变量名称；针对二维、多维、混合等不同格式气动数据，讲述了气动建模的具体过程；介绍了气动建模中经常使用的小功能，包括气动数据扩展、限幅、合成等；对气动数据分析相关工具进行了详细描述，包括气动配平、偏导数分析、升阻比计算等。第6章弹道计算，详细讲述了弹道计算工具中各个模块的使用方法和步骤；介绍了飞行环境设置方法，包括初始条件设置、大气模型设置、地球模型设置、输出变量设置等；讲解了弹道计算过程中需要使用的不同学科的创建方法，包括推力、控制、气动、质量、目标、时间、风场等学科；描述了弹道设计结果输出方法、自动生成报告的步骤和不同弹道版本管理的方法；重点介绍了弹道计算过程中的小技巧，包括消除代数环、“复制”弹道模型、批量弹道计算、弹道调试等。第7章弹道优化与设计，着重介绍了软件的弹道分析、蒙特卡洛仿真、优化等设计功能。第8章二维地图，具体介绍了二维地图工具的手动和自动绘图功能；重点介绍了二维地图工具与弹道计算工具结合使用进行绘图的详细步骤。

为了使读者更好地理解和掌握文中介绍的技巧，并便于对软件的灵活运用，在很多技巧之后附有提示。

本书在撰写过程中得到了许多专家及同行的热情鼓励和帮助，也得到了多家军队科研院所、航天科研院所和民营航天企业的鼎力支持，在此一并表示衷心感谢。

本书涉及知识面很广，囊括了飞行器设计领域的飞行力学、弹道计算、弹道优化、气动建模、二维地图等多个专业，而作者水平有限，书中的缺点和错误在所难免，敬请广大读者指正。

作者2020年5月10日目录

　　空间精密仪器仪表是人类为探索宇宙空间奥秘和应用空间技术而创造出的工业产品，它的生存和发展面临世界范围的市场竞争和空间未知世界探索的双重挑战。
　　《航天科技出版基金 空间精密仪器仪表产品工程》作者集数十年从事航天器姿态控制系统用精密仪器仪表研制、生产和应用的经验，以系统工程的理念，从产品工程的认知出发，在书中向读者介绍一整套产品制造工程的方法和技能，这其中突出了控制理论的应用和员工的创造性两大因素，同时也表述了相关专业知识的重要地位。该书除了可供从事航天器姿态控制系统用精密仪器仪表产品研制者参考之外，其论述的内容也可供从事其他工业产品的研制生产者借鉴。

　　使用液氧煤油燃气发生器循环，推力为150万磅的F-1发动机是历史上强大的单推力室液体火箭发动机，其飞行成功率高达100%，以其为动力的土星＼号运载火箭，推举阿波罗飞船成功实现了人类载人登月的伟大壮举。
　　《航天科技出版基金 土星Ⅴ号运载火箭F-1发动机：推举阿波罗创造历史》图文并茂，介绍了土星V号运载火箭构型、载人登月模式和F-1发动机推力量级的演变过程。重点叙述了F-1发动机研制过程的设计、生产和试验验证工作，对如何解决发动机燃烧不稳定的问题作出了比较详细的描述。最后，《航天科技出版基金 土星Ⅴ号运载火箭F-1发动机：推举阿波罗创造历史》介绍了98台F-1发动机的用途和归宿，以及F-1发动机的改进型F-1A的研制工作。

本书通过大量的技术文献以及科研人员和航天员的口述资料，对整个航天飞机计划进行了完整复现。首先介绍了航天飞机技术的发展历程，使得读者对航天飞机计划有了初步了解；然后，重点介绍了航天飞机在卫星部署、在轨服务等任务中发挥的重要作用；最后，对航天飞机计划的意义和经验进行了全面总结。
本书由常年工作在载人航天一线的科研人员完成翻译，对从事载人航天、在轨服务及天地重复往返等技术研究的科研人员具有重要的参考价值。另外，本书所涵盖的大型航天项目组织和管理方面的内容，对我国航天型号管理人员也具有指导意义。

从“东方红一号”到“先导专项二期”，从卫星的过去到它的未来，《人造卫星》描述了中国航天事业的重要画卷。既有重大事件的回顾，也有技术原理的详解。本书让小读者们充分领略航天事业的魅力，激发他们征服太空的好奇心。

本书共4篇，内容包括火箭终圆飞天梦、太空辉映中国星、神舟飞船太空游、人类遥望地球村，讲解了有关中国航天的发展历史、航天知识。

《多飞行器协同控制理论及应用》主要包括三部分：一部分为多飞行器系统的背景和研究现状，讲述了四旋翼无人机、无人直升机、固定翼无人机和导弹这四种飞行器数学模型、矩阵理论与图论的基础知识；第二部分为协同控制理论，主要包括积分器系统、一般通用系统的一致性算法和具有最好、鲁棒、抗时延和抗干扰特性的协同控制算法；第三部分为协同控制应用，主要包括协同控制理论在四旋翼机械臂系统协同搬运及组装中的应用、在无人直升机和固定翼无人机编队保持和避障中的应用、飞行器架数较多时集群控制的应用，最后将协同控制理论算法应用到多导弹协同制导问题上。

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　　梯度风滑翔是一种可实现无人飞行器长航时和远距离飞行的特殊飞行方式。
　　《无人飞行器梯度风滑翔建模与控制》通过飞行器动力学建模、梯度风动态滑翔能量获取机理分析、航迹优化方法、梯度风能利用策略分析、梯度风动态滑翔系统的平衡稳定性分析等研究，为无人飞行器利用梯度风能实现其长航时和远距离飞行提供了基本的设计思路和分析方法，同时为实现以任务规划为前提的风梯度动态滑翔航迹优化提供了技术支撑。
　　《无人飞行器梯度风滑翔建模与控制》适合飞行器设计专业的高年级本科生和研究生使用，也可供从事飞行器设计工作的研究人员和工程技术人员参考。

本书为软件定义卫星高峰论坛论文汇编， 集中反映了软件定义卫星相关领域的新技术与新成果。其主要内容包括软件定义卫星发展思路、卫星硬件虚拟化技术、软件平台化技术、智能测运控技术以及空间网络技术等五个部分。本书适合参与航天工程设计、星载软件开发的科研技术人员阅读使用， 也可供对航天感兴趣的读者参考。

　　《捷联惯导系统偏轴 旋转复合调制技术》主要研究了惯性测量单元（IMU）在转台上进行偏轴安装方式下的相关捷联惯性导航新技术。为表示出IMU在转位上偏轴安装时各个运动下的坐标旋转变换矩阵，首先提出了一种新的坐标旋转变换方法。在此基础上，针对具体的捷联惯导新技术，研究了陀螺偏轴四位置分立标定方法、偏轴转位的惯性器件系统级标定、偏轴转位下高精度系统寻北、偏轴旋转复合旋转调制技术等内容，并设计相关实验，对提出的各种方法进行了验证。
　　《捷联惯导系统偏轴 旋转复合调制技术》可供从事惯性测量与高精度导航方面的科研人员及高等院校相关专业师生参考。

    本书内容既涵盖了气动优化设计的基础内容，又针对当前气动设计中主要面临的不确定性及高维问题等难题和热点问题进行了具体的阐述。具体内容包括气动优化设计的概念、气动特性评估方法（CFD数值模拟方法），气动外形参数化方法，网格变形技术及优化算法，不确定性分析及全局灵敏度分析方法，气动特性不确定性分析和稳健性优化设计，高维工程优化问题的解决方案及其在气动优化设计应用等。