自1991年10月美國伽利略號木星探測器飛掠探測小行星951 Gaspra以來，世界各主要航天國家開展的小行星探測相關(guān)的深空探測任務(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的熱潮，不斷地實現(xiàn)了小行星探測各種任務(wù)形式的零突破： 美國的會合�彩婷房颂柺状纬晒�繞飛并著陸小行星，日本的隼鳥號首次實現(xiàn)了小行星采樣返回，美國的黎明號首次環(huán)繞探測了主帶小行星并實現(xiàn)了多目標(biāo)小行星環(huán)繞探測，日本的隼鳥2號釋放的巡視器首次實現(xiàn)在小行星表面跳躍移動。我國的嫦娥二號探測器在其拓展任務(wù)中成功近距離探測了圖塔蒂斯小行星，也拉開了我國小行星探測的序幕。
對于大行星附近的探測器，其任務(wù)軌道設(shè)計、制導(dǎo)與控制的研究通常是基于球形引力場或者球諧函數(shù)模型開展的。在大行星表面著陸段動力下降段的制導(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)則性小行星引力場具有很強(qiáng)的不規(guī)則性。經(jīng)典的非球形引力場模型，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。對于小行星附近的探測器，需要關(guān)注不規(guī)則引力場環(huán)境下軌道設(shè)計與制導(dǎo)方法的研究，例如不規(guī)則引力場中的蘭伯特問題求解方法、不規(guī)則引力場中低消耗軌道保持標(biāo)稱軌道的選取、不規(guī)則引力場中制導(dǎo)問題求解方法等。除了引力場不規(guī)則這一特點(diǎn)，小行星也具有弱引力場這一特點(diǎn)。小行星弱引力場使得探測器在小行星附近懸停探測變?yōu)榭赡�。相�?yīng)地，需要關(guān)注懸停點(diǎn)穩(wěn)定性、懸�？尚袇^(qū)域及懸停保持控制方法等研究。小行星弱引力場也對軟著陸控制精度提出了更高的要求。同時，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章介紹探測器飛行的動力學(xué)方程和不規(guī)則引力場模型并研究簡化模型參數(shù)確定方法。第3章研究探測器在不規(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)則引力場中軌道轉(zhuǎn)移脈沖機(jī)動和連續(xù)推力機(jī)動的制導(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)計方法和保持控制方法。第5章研究小行星探測任務(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)劃方法和基于滑模控制理論的無標(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力學(xué)、軌道設(shè)計與控制、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誤之處，懇請讀者批評指正。作者衷心感謝國家杰出青年科學(xué)基金項目不規(guī)則引力場中的軌道理論 (No.11525208)、江蘇省自然科學(xué)基金項目小行星引力場中在線軌跡優(yōu)化與多約束控制方法研究(No.BK20180410)、國家自然科學(xué)基金項目不規(guī)則引力場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。