自1991年10月美國伽利略號(hào)木星探測(cè)器飛掠探測(cè)小行星951 Gaspra以來，世界各主要航天國家開展的小行星探測(cè)相關(guān)的深空探測(cè)任務(wù)已達(dá)10余次。進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球掀起了小行星探測(cè)的熱潮，不斷地實(shí)現(xiàn)了小行星探測(cè)各種任務(wù)形式的零突破： 美國的會(huì)合�彩婷房颂�(hào)首次成功繞飛并著陸小行星，日本的隼鳥號(hào)首次實(shí)現(xiàn)了小行星采樣返回，美國的黎明號(hào)首次環(huán)繞探測(cè)了主帶小行星并實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)小行星環(huán)繞探測(cè)，日本的隼鳥2號(hào)釋放的巡視器首次實(shí)現(xiàn)在小行星表面跳躍移動(dòng)。我國的嫦娥二號(hào)探測(cè)器在其拓展任務(wù)中成功近距離探測(cè)了圖塔蒂斯小行星，也拉開了我國小行星探測(cè)的序幕。
對(duì)于大行星附近的探測(cè)器，其任務(wù)軌道設(shè)計(jì)、制導(dǎo)與控制的研究通常是基于球形引力場(chǎng)或者球諧函數(shù)模型開展的。在大行星表面著陸段動(dòng)力下降段的制導(dǎo)方法研究中，大行星的引力可以進(jìn)一步簡化為常數(shù)。然而，不規(guī)則性小行星引力場(chǎng)具有很強(qiáng)的不規(guī)則性。經(jīng)典的非球形引力場(chǎng)模型，如球諧函數(shù)和橢球諧函數(shù)展開模型，在小行星布里淵球之內(nèi)存在不收斂的困難。對(duì)于小行星附近的探測(cè)器，需要關(guān)注不規(guī)則引力場(chǎng)環(huán)境下軌道設(shè)計(jì)與制導(dǎo)方法的研究，例如不規(guī)則引力場(chǎng)中的蘭伯特問題求解方法、不規(guī)則引力場(chǎng)中低消耗軌道保持標(biāo)稱軌道的選取、不規(guī)則引力場(chǎng)中制導(dǎo)問題求解方法等。除了引力場(chǎng)不規(guī)則這一特點(diǎn)，小行星也具有弱引力場(chǎng)這一特點(diǎn)。小行星弱引力場(chǎng)使得探測(cè)器在小行星附近懸停探測(cè)變?yōu)榭赡�。相�?yīng)地，需要關(guān)注懸停點(diǎn)穩(wěn)定性、懸停可行區(qū)域及懸停保持控制方法等研究。小行星弱引力場(chǎng)也對(duì)軟著陸控制精度提出了更高的要求。同時(shí)，小行星表面著陸還存在力學(xué)環(huán)境不確定性、地面通信延時(shí)問題等挑戰(zhàn)。相應(yīng)的研究涉及小行星表面著陸在線制導(dǎo)和魯棒性控制等。
本書是一部系統(tǒng)介紹作者近七年來在不規(guī)則小行星附近制導(dǎo)與控制領(lǐng)域研究的專著。書中制導(dǎo)相關(guān)內(nèi)容包括開環(huán)制導(dǎo)和閉環(huán)制導(dǎo)兩種類型。其中開環(huán)制導(dǎo)用于生成標(biāo)稱軌道和控制，又可以分為離線解算和在線解算兩種情形。同樣地，相關(guān)控制也包括開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類。本書內(nèi)容共包括6章，首先介紹小行星附近制導(dǎo)與控制領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，然后介紹部分其他學(xué)者和作者在小行星模型方面的研究結(jié)果，接著按照懸停、轉(zhuǎn)移、繞飛、著陸四種情形順序，依次介紹不規(guī)則小行星附近制導(dǎo)與控制方面的作者研究成果和與作者研究密切相關(guān)的部分其他學(xué)者成果。
各章的主要內(nèi)容安排如下： 第1章是緒論，介紹研究背景、意義，以及國內(nèi)外學(xué)者對(duì)小行星附近懸停、轉(zhuǎn)移、繞飛、著陸等制導(dǎo)與控制問題的研究現(xiàn)狀。第2章介紹探測(cè)器飛行的動(dòng)力學(xué)方程和不規(guī)則引力場(chǎng)模型并研究簡化模型參數(shù)確定方法。第3章研究探測(cè)器在不規(guī)則小行星附近小范圍飛行的懸停保持控制問題，系統(tǒng)研究了人工平衡點(diǎn)動(dòng)力學(xué)特性，并研究了懸停保持線性和非線性閉環(huán)控制方法。第4章研究探測(cè)器在不規(guī)則小行星附近大范圍飛行的轉(zhuǎn)移與繞飛問題，研究了不規(guī)則引力場(chǎng)中軌道轉(zhuǎn)移脈沖機(jī)動(dòng)和連續(xù)推力機(jī)動(dòng)的制導(dǎo)方法，并研究了小行星附近常見的赤道面逆行周期軌道設(shè)計(jì)方法和保持控制方法。第5章研究小行星探測(cè)任務(wù)中的著陸軌跡制導(dǎo)問題，求解方法包括小推力軌跡優(yōu)化方法中有效的間接法，以及近期計(jì)算制導(dǎo)方法中的凸優(yōu)化方法。第6章研究小行星表面著陸在線制導(dǎo)與閉環(huán)控制問題，介紹了推力幅值約束條件下軌跡在線規(guī)劃方法和基于滑�？刂评碚摰臒o標(biāo)稱軌跡閉環(huán)制導(dǎo)與控制方法。
本書可以作為從事航天動(dòng)力學(xué)、軌道設(shè)計(jì)與控制、導(dǎo)航與制導(dǎo)等專業(yè)的研究人員和工程技術(shù)人員的參考書，也可供相關(guān)領(lǐng)域的高校教師和研究生參考。本書內(nèi)容雖幾經(jīng)修改校正，但難免存在欠妥和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。作者衷心感謝國家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目不規(guī)則引力場(chǎng)中的軌道理論 (No.11525208)、江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目小行星引力場(chǎng)中在線軌跡優(yōu)化與多約束控制方法研究(No.BK20180410)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目不規(guī)則引力場(chǎng)防碰撞小推力軌跡優(yōu)化與智能制導(dǎo)研究（No.12102177）、中國科協(xié)青年人才托舉工程和國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金的資助。