王天舒 劉才山

(1.清華大學航天航空學院, 北京 100084) (2.北京大學工學院, 北京 100871)

多體系統(tǒng)動力學是研究由若干個物體通過各類約束方式連接組成的多體系統(tǒng)的運動規(guī)律的科學。多體系統(tǒng)動力學起源于上世紀六十年代，目前是應用力學方面最活躍的領域之一，并已成為動力學與控制學科的重要分支。多體系統(tǒng)動力學主要以復雜機械系統(tǒng)、航空航天、車輛船舶、機器人等多個工程領域為背景，研究內(nèi)容涉及復雜系統(tǒng)的建模方法、求解策略、多場耦合動力學特性分析、實驗研究等諸多方面，研究成果具體表現(xiàn)在為工程問題提供定性和定量的分析手段、計算工具、控制模型等相關內(nèi)容。

航天動力學與控制以航天器和運載器為對象，研究其在飛行過程中所受的力及其在力作用下的運動，并以此為基礎開展相關規(guī)劃和控制研究。航天動力學與控制涉及航天器軌道動力學及控制、軌道設計與優(yōu)化、姿態(tài)動力學及控制、剛柔耦合動力學、機構動力學及控制、流體動力學、剛柔液耦合動力學、微振動環(huán)境及其顫振動力學、結構振動分析及抑制、空間內(nèi)外環(huán)境擾動分析等諸多方面。航天器動力學與控制的研究成果可直接應用于評估航天器動力學特性的優(yōu)劣和控制系統(tǒng)設計的有效性，為航天器構形選擇、總體方案設計與優(yōu)化、控制系統(tǒng)設計、地面測試與試驗、在軌飛行的故障診斷與處理對策提供分析依據(jù)，自任務分析始至在軌飛行均發(fā)揮著重要的作用，貫穿于航天工程的各個環(huán)節(jié)。

以胡海巖院士為代表的我國學者，秉承從工程實踐中提煉科學問題、并將研究成果直接應用于工程實踐的研究思路，在柔性多體系統(tǒng)動力學的建模理論、微分/代數(shù)方程組的求解策略、多體系統(tǒng)碰撞摩擦問題、多體系統(tǒng)剛柔耦合非線性理論、航天器軌道姿態(tài)動力學與控制、帶柔性附件和充液貯箱的剛柔液耦合動力學與控制、空間機器人動力學與規(guī)劃控制、結構動力學優(yōu)化與減振、星箭耦合動力學等方面取得了豐碩的成果。這些研究成果不僅極大地提升了我國在多體動力學和航天動力學與控制領域中的國際學術地位，而且對推動我國諸多工程領域的技術發(fā)展，特別是在我國航天領域重大工程項目的實施過程中，發(fā)揮了至關重要的作用。

當前多體系統(tǒng)動力學和航天動力學與控制學科的研究進入了新階段。一方面，工業(yè)部門向精準高效發(fā)展的技術需求，不斷涌現(xiàn)出許多新的與多體系統(tǒng)動力學與控制相關的科學問題，這為兩個學科組的發(fā)展提供了源源不斷的動力。另一方面，實驗觀測手段的豐富以及計算機計算效率的提高，為多體系統(tǒng)動力學和航天動力學學科的發(fā)展提供了有力的保障。基于大數(shù)據(jù)、并行計算分析的空間大型伸展機構多尺度耦合動力學建模與分析已成為學科發(fā)展的重要研究內(nèi)容；建立復雜系統(tǒng)的多尺度模型，并發(fā)展不同尺度模型參數(shù)之間的關聯(lián)效應，將為解決諸如碰撞、接觸、摩擦等諸多基礎力學問題提供有益的分析方法和手段；發(fā)展和完善各類測量技術和數(shù)據(jù)分析手段，將為精細動力學建模提供必要的實驗驗證；結合現(xiàn)代數(shù)學理論，發(fā)展多體系統(tǒng)動力學模型的簡潔表示方法以及高效的求解策略是學科發(fā)展的重要主題；另外，在大變形多體系統(tǒng)的耦合機理及處理手段、多閉環(huán)復雜系統(tǒng)的仿真技術、深空探測軌道動力學設計及優(yōu)化、新型機器人系統(tǒng)的動力學與運動規(guī)劃及控制、航天器微振動環(huán)境與減振隔振等諸多方面，都有豐富的挑戰(zhàn)性科學問題。

多體系統(tǒng)動力學的研究成果有很大一部分直接應用于航天動力學與控制中，而航天動力學與控制的研究方法和理論也可以拓展多體系統(tǒng)動力學的研究思路。因此，自航天動力學與控制專業(yè)組成立起，兩個專業(yè)組的學術年會均采取聯(lián)合辦會的方式進行，不同學科間學術思想、信息的交叉使得雙方均獲益匪淺。本?？珍浀恼撐氖菑?017年召開的第十屆全國多體動力學與控制暨第五屆全國航天動力學與控制學術會議的170余篇稿件中選取的，內(nèi)容包括基于現(xiàn)代數(shù)學理論的多體系統(tǒng)動力學算法、間隙摩擦非線性動力學分析、新型航天器動力學建模及仿真、深空探測軌道動力學、復雜航天器姿態(tài)動力學及控制策略研究等熱點方向，期望?？某霭婺軐ξ覈囿w系統(tǒng)動力學和航天動力學及控制學科的發(fā)展起到積極的促進作用。