具体描述
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适读人群 ：本书适合从事探测器相关领域的人员学习，是关于各种航天器定轨的重要参考书，是我国航天事业轨道力学理论的权威著作。本书理论体系完整，并注意到与实际应用的紧密联系，既具基础性又具实用性。有关科技人员从中可获得解决天文探测与航天工程问题的理论依据和实用方法；也是天文、应用数学、一般力学和航天动力学等领域研究生学习轨道力学的基础教材。
内容简介
本书主要包含以下内容：（1）轨道动力学基础知识。参考系的建立，无摄运动的基本规律，无摄运动与受摄运动之间的关系，受摄运动方程的基本解法及参考解选择。（2）卫星轨道摄动理论。论述地球卫星在各种力学因素作用下的受摄运动方程的各种具体解法和结果，以及摄动解蕴涵的动力学特征，从而揭示卫星轨道变化规律。（3）卫星运动定轨问题。包括无任何初始信息的短弧初轨确定原理和方法，以及与其完全不同的精密轨道确定的基本原理和关键问题。作者简介
刘林，南京大学天文系教授，博士生导师，天体力学与航天器轨道力学专家，我国航天器轨道力学的奠基人之一，被誉为我国航天器轨道力学学科的主要开创者和传授者。长期从事天体力学的基础研究和航天器轨道力学的理论与应用研究，在近年来神舟飞船、探月工程等重大航天任务中，做出了重要贡献。他的很多开创性成果与我国航天工程紧密相连，近年来主要从事深空探测轨道力学研究，先后主持国家自然科学基金和多项航天领域研究课题，在国内外学术刊物上发表相关论文250多篇，出版专著和教材10余本。曾获1978年全国科学大会重大成果奖、中国天文学会张钰哲奖，三次获得国家教委科技进步二等奖等。曾任中国天文学会理事、天体力学与卫星动力学专业委员会主任、中国宇航学会理事等，现任宇航学报编委、天文学报编委、教育部深空探测联合研究中心学术委员会委员等。目录
第1章 卫星运动的数学模型与参考系的选择 1
1．1 卫星在轨运动的数学模型及其求解问题 1
1．2 时空参考系 3
1．3 地球坐标系统 9
1．4 月球坐标系统 22
1．5 火星坐标系统 30
参考文献 35
第2章 二体问题――无摄运动 37
2．1 二体问题的解――六个独立积分 37
2．2 椭圆运动的基本关系式 43
2．3 轨道根数与位置、速度矢量之间的转换关系 48
2．4 椭圆运动的微分关系式 51
2．5 椭圆运动的展开式 55
2．6 抛物线轨道和双曲线轨道 62
参考文献 65
第3章 受摄运动方程的建立及其基本解法 66
3．1 受摄运动的处理方法――常数变易法 66
3．2 摄动运动方程的建立 70
3．3 摄动运动方程的各种形式 76
3．4 摄动运动方程的奇点与处理方法 81
3．5 小参数幂级数解的构造――摄动法 86
参考文献 90
第4章 改进的摄动法――平均根数法 91
4．1 参考解的选择――平均根数的引入 92
4．2 椭圆运动中有关量的平均值 93
4．3 平均根数法 96
4．4 中心天体的扁率摄动解 100
4．5 卫星轨道半长径二阶周期摄动项的获得 110
4．6 扁率摄动解的几种形式及其等价性 113
参考文献 116
第5章 中心天体的非球形引力摄动 117
5．1 天体非球形引力位的一般表达形式 118
5．2 太阳系几个大行星和月球非球形引力位的特征 130
5．3 地球非球形引力带谐项的摄动解 135
5．4 地球非球形引力田谐项的摄动解 151
5．5 月球非球形引力摄动解的构造 163
5．6 金星非球形引力摄动解的构造 172
5．7 坐标系附加摄动及其相关问题 175
参考文献 192
第6章 小分母问题及其解决方法――拟平均根数法 195
6．1 问题的提出 195
6．2 通约奇点对应的轨道共振问题 196
6．3 拟平均根数法 200
6．4 采用拟平均根数法构造中心天体的非球形引力摄动解 203
6．5 同时消除e＝0和通约奇点的摄动法 210
6．6 同时消除e＝0，i＝0和通约奇点的摄动法 225
参考文献 227
第7章 其他引力摄动 228
7．1 卫星轨道的第三体引力摄动模型 228
7．2 地球卫星轨道的第三体引力摄动解 232
7．3 其他大天体卫星轨道的第三体引力摄动简介 243
7．4 中心天体的形变摄动 245
7．5 卫星轨道运动中的后牛顿效应 251
参考文献 258
第8章 非引力摄动与轨道机动问题 260
8．1 太阳辐射压摄动 260
8．2 阻尼效应――大气阻力摄动 272
8．3 表面力模型的改进问题 291
8．4 小推力助推问题与轨道机动 293
参考文献 295
第9章 卫星轨道变化的特征及其应用 297
9．1 恒星周期与交点周期 297
9．2 极轨卫星 303
9．3 太阳同步卫星 306
9．4 冻结轨道的存在及其特征 310
9．5 临界倾角轨道的特征及其应用 318
9．6 中心天体同步轨道的漂移现象 320
9．7 卫星运动的轨道寿命问题 328
参考文献 232
第10章 变换方法 334
10．1 哈密顿力学简介 334
10．2 正则变换 339
10．3 正则变换方法的引用 351
10．4 一般变换方法 372
参考文献 377
第11章 轨道运动方程的数值解法 379
11．1 常微分方程数值解法简介 379
11．2 常用数值解法中的单步法 382
11．3 常微数值解法中的多步法 388
11．4 卫星运动方程数值解中状态量和积分步长的选择 395
11．5 卫星运动方程数值解中沿迹误差的特征及其控制 400
参考文献 404
第12章 卫星轨道确定问题 406
12．1 卫星轨道确定问题的提法 406
12．2 初轨确定的基本前提与定轨原理 407
12．3 精密定轨简介 420
12．4 卫星轨道预报与定轨的关系 437
参考文献 438
附录1 天文常数 440
附录2 常用公式 442
附录3 几个大天体的引力场模型 449
附录4 太阳系大天体的平均 轨道计算公式 482
附录5 IAU2000天体定向模型 486
前言/序言
太阳系中各天体的运动，特别是小天体的运动（包括各类空间探测器），所处的力学环境基本上只有一个或两个主要外力源，其他外力作用相当于小扰动，因此，可以分别处理成受摄二体问题或受摄限制性三体问题。例如，各大行星的绕日运动，自然卫星绕大行星的运动，人造卫星绕地球的运动等，运动中承受的外力作用只有一个主要力源，即其环绕的中心天体的质点引力，相应的数学模型都归结为受摄二体问题。从地球上所发射的航天器不外乎两种类型：环绕型和非环绕型。对太阳系中各天体（包括地球，月球，火星等大天体和小行星）做近距离探测而形成的环绕型探测器，即通常所说的人造卫星，其运行状态就是一个变化椭圆轨道。而非环绕型探测器有多种形态，包括发射月球探测器、火星探测器和多星探测器全过程中的转移轨道段（从相对地球的椭圆轨道转化为双曲线轨道；对火星等探测器而言，运行途中还有相当长一段以太阳为中心天体的椭圆轨道型的巡航段）或飞越某一大天体的运行段（相对该天体为双曲线轨道），还有在两个大天体引力共同作用下的运行段等。简单地说就是相对上述环绕型而言的非固定运行状态的总称。
本书是阐述环绕型探测器的运动规律，即卫星轨道力学，这是全套专著第二本书的内容，即以受摄二体问题为主线展开论述的卫星运动问题，书名为“卫星轨道理论与应用”。而关于以限制性三体问题的研究成果及其在航天领域应用展开的论述，是全套专著第三本书的内容，名为“深空探测轨道理论与应用”。
轨道力学问题的研究既可以像数学那样作为一种逻辑思维的训练，从而获得对原理和形式逻辑关系的普遍了解，又可以从实用角度进行研究和解决具体问题。前者当然不可忽视，而后者同样是本书内容侧重的方面。因此，书中将主要阐述天体力学中有关轨道问题的一些重要方法，包括分析方法和数值方法，以及必要的定性分析知识。
本书是从卫星轨道及其变化规律这一角度来安排内容，全面而系统地阐明卫星轨道运动中的基本问题，并侧重于对解决各种轨道及其变化问题所涉及的力学概念、数学原理和具体方法给以严格的论述，以便读者更好地利用书中提供的有关方法和结果，去处理轨道设计、地面测控及各有关领域应用涉及的卫星轨道力学问题。全书内容主要包含以下两个部分：
（1）轨道动力学的基础知识。参考系的建立，无摄运动（对应二体问题）的基本规律，无摄运动与受摄运动之间的关系，受摄运动方程的基本解法（小参数幂级数解）及参考解的选择。
（2）卫星轨道的摄动理论。全面论述卫星在各种外力因素作用下的受摄运动方程的各种具体解法和结果，摄动解蕴涵的动力学特征及几类特殊轨道的运动规律。
除上述主要内容外，考虑到读者对卫星轨道力学的理论与应用要有一个完整性的了解，对轨道力学在航天测控系统中的直接应用——卫星定轨和预报，也在本书最后一章用适当的篇幅做了概要性阐述；而有关轨道确定的基本原理、数学模型的建立及具体处理方法等，是全套专著第四本书的内容，名为“航天器定轨理论与应用”。
本书是根据作者50多年来在教学与科研工作中的积累而写成的，书中内容主要取自作者的几本著作，如《人造地球卫星轨道力学》、《航天器轨道理论》和《月球探测器轨道力学》，以及公开发表的近200篇学术论文及30多篇相关研究课题的技术报告。这些论著、文章和技术报告中的有关内容在国内已被普遍采（引）用，在此基础上，又进一步根据实际应用状况做了必要的修改与充实，并补充了作者未曾公开发表过的但已证实用之有效的研究成果，使其成为一本有关环绕型探测器（特别是人造地球卫星）轨道理论的较全面而系统的著作，以适应我国航天事业进一步发展对轨道力学理论的需求。
用户评价
这本书就像一位经验丰富的向导，带领我一步步深入了解卫星运行的奥秘。在阅读的过程中，我逐渐摆脱了对卫星的模糊认知，而是对其有了更为具体和深刻的理解。书中对“轨道力学”的阐述，从基础的万有引力定律到复杂的轨道摄动理论，都进行了详尽的解释，并且配以清晰的图示和数学公式，让我能够更好地理解这些概念。我特别喜欢书中关于“轨道设计”的章节，它解释了为什么不同的任务需要采用不同的轨道，例如用于通信的地球同步轨道，或是用于侦察的极地轨道。这让我看到了理论知识如何与实际需求相结合，从而为人类社会的发展提供支持。读到关于“轨道控制”的内容，我才了解到，原来卫星并非一成不变地运行在预设轨道上，而是可以通过精确的推进和姿态调整来实现轨道的改变，以应对各种情况。这让我对航天技术的精密性和复杂性有了全新的认识，也更加理解了每一次太空探索的背后所付出的心血。
评分这是一本让我茅塞顿开的书籍，它将我内心深处对太空的疑问一一解答。作者以一种循序渐进的方式，将卫星轨道理论的复杂内容变得易于理解。我之前对“轨道”的概念只停留在表面，但通过阅读这本书，我对“轨道动力学”有了更深入的认识。书中对牛顿万有引力定律和开普勒轨道定律的阐述，让我明白了卫星是如何被地球引力束缚，并且按照特定的轨迹运行的。我尤其喜欢书中关于“轨道稳定性”的讨论，它解释了为什么有些轨道是相对稳定的，而有些轨道则容易受到外界因素的干扰而发生变化。这让我明白，在太空中维持卫星的稳定运行是一项多么具有挑战性的工作。书中关于“轨道控制技术”的介绍，让我看到了人类在如何精确地调整和维持卫星轨道方面所付出的努力，从姿态控制到轨道机动，每一个环节都凝聚着科学家的智慧和工程师的汗水。这本书让我更加深刻地理解了，每一次成功的卫星任务，都离不开对轨道动力学原理的深刻理解和对航天技术的精湛掌握。
评分这本书简直是为我量身定做的科普读物，将我一直以来对太空充满好奇的心填得满满当当。读这本书的过程，就像是在进行一场思维上的太空漫步，每一次翻页都能带来新的惊喜和启发。作者用一种非常易于理解的方式，将那些原本听起来高深莫测的“轨道力学”、“轨道动力学”等概念，抽丝剥茧地展现在我面前。我尤其喜欢书中关于“轨道共振”的章节，它解释了为什么某些卫星能够长时间保持稳定的相对位置，甚至能够相互影响，这种“宇宙中的和谐之舞”让我感到无比着迷。此外，关于“轨道失控”和“再入大气层”的讨论，虽然带着一丝对风险的警示，但也让我看到了人类在处理这些潜在危险时的审慎和预案。书中对于模拟和计算工具的介绍，也让我了解到现代航天工程是如何通过强大的计算能力来预测和控制卫星的行为，这无疑大大降低了太空探索的风险。让我受益匪浅的是关于“轨道插值”和“轨道预报”的内容，这些技术是保证卫星能够持续提供服务，并且能够被地面站精确跟踪的关键。在读到这些部分时，我仿佛看到了无数数据在屏幕上流动，计算程序在飞速运转，最终汇聚成一条清晰的卫星运行轨迹。这本书让我明白，每一次成功的卫星任务，都离不开背后庞大而精密的计算体系和无数科研人员的辛勤付出。
评分这本书就像一本打开了新世界大门的钥匙，让我得以窥探到太空深处那些看不见的运行规律。我一直对“卫星”这个概念充满好奇，总觉得它们是神秘而遥远的，但这本书却用一种非常接地气的方式，将它们与我们日常生活紧密联系起来。书中对不同轨道分类的讲解，从近地轨道到高椭圆轨道，再到特殊的轨道设计，每一个都配有详实的图解和实际应用案例，让我能够清晰地理解它们各自的特点和用途。我尤其喜欢关于“轨道选择”的讨论，它解释了为什么不同的任务需要选择不同的轨道，例如用于遥感观测的倾斜轨道，或是用于通信的中圆轨道。这本书让我明白，每一个卫星的轨道都不是随意设定的，而是经过深思熟虑的科学决策。读到关于“轨道变轨”的部分，我才了解到，卫星并非一成不变地运行在预设轨道上，而是可以通过精确的推力调整来实现轨道的变化，从而完成任务的转换或者规避潜在的危险。这种对卫星运动状态的精细控制，让我对航天技术的复杂性和精密性有了全新的认识。
评分这本书简直就像一本宝藏，里面蕴含着我一直以来想要探寻的关于太空的知识。我一直觉得，卫星在太空中到底是怎么运动的，这就像是一个未解之谜，但这本书却一步步地为我揭开了谜底。书中对“轨道参数”的细致解读，让我明白了为什么每一个卫星都有自己独特的“身份证”，比如轨道高度、倾角、偏心率等等，这些参数决定了它在太空中的轨迹。我特别喜欢关于“轨道摄动”的讲解，它让我明白了，原来卫星的轨道并不是一条完美的椭圆，而是会受到各种因素的影响而发生微小的变化，比如地球的引力不均匀，还有太阳和月球的引力。书中提供了详细的数学模型来描述这些变化，让我对这些“扰动”有了更直观的理解。读到关于“轨道维持”的部分，我才了解到，原来科学家们需要定期对卫星进行“微调”，来纠正这些轨道变化，让卫星能够始终保持在预定的位置上。这让我感叹，原来太空中的运行也需要如此精密的“维护”，才能保证卫星的正常工作。
评分从这本书的字里行间，我感受到了作者对卫星轨道理论的深刻理解和对实际应用的清晰把握。它不仅仅是一本理论书籍，更是一本充满智慧的实践指南。我之前对卫星轨道只是模糊的概念，但通过阅读这本书，我对“轨道动力学”有了全新的认识。书中对牛顿万有引力定律在轨道力学中的应用，以及开普勒三大定律的详细阐述，让我对卫星如何围绕地球运动有了基本的理解。我特别喜欢关于“轨道稳定性和不稳定性”的章节，它解释了为什么有些轨道是相对稳定的，而有些轨道则容易受到干扰而发生变化，并且提供了相应的计算方法来分析这些情况。这让我明白了，在太空中维持卫星的稳定运行是一项多么具有挑战性的工作。书中关于“轨道控制技术”的详细介绍，让我看到了人类在如何精确地调整和维持卫星轨道方面所付出的努力，从姿态控制到轨道机动，每一个环节都凝聚着科学家的智慧和工程师的汗水。这本书让我更加深刻地理解了，每一次成功的卫星任务，都离不开对轨道动力学原理的深刻理解和对航天技术的精湛掌握。
评分作为一名对宇宙探索充满热情的爱好者，我一直想寻找一本能够深入浅出地解释卫星运行原理的书籍，而这本《卫星轨道理论与应用》无疑是我的不二之选。书中对于轨道参数的阐述，例如偏心率、倾角、升交点赤经等等，都进行了非常详尽的介绍，并配以直观的图示，让我能够清晰地理解这些参数是如何定义一颗卫星在太空中的具体位置和运动状态的。我特别欣赏书中关于“轨道畸变”的分析，它详细解释了地球非球形、大气阻力以及其他天体引力对卫星轨道产生的扰动，并且提供了相应的数学模型来描述和预测这些扰动。这让我认识到，卫星的轨道并非一成不变，而是时刻处于一种动态的平衡之中。书中关于“轨道保持”技术的介绍，更是让我对现代卫星的精密度有了更深的认识，了解到了微小的姿态调整和推进器点火是如何实现对卫星轨道的精确控制，从而保证其长期稳定的运行。阅读过程中，我多次被书中对于复杂物理现象的精确描述所折服，也对那些在幕后默默工作的科学家和工程师们致以崇高的敬意。这本书不仅仅是知识的传授，更是一种智慧的启迪，让我对人类探索宇宙的决心和能力有了更深刻的理解。
评分这本书对我来说，不仅仅是一本关于卫星轨道理论的书，更是一场关于宇宙运行规律的深度探索。作者用一种非常清晰且富有条理的方式，将复杂抽象的理论变得生动易懂。我之前对“轨道力学”的概念一直感到模糊，但这本书通过对牛顿定律和开普勒定律的深入讲解，让我对卫星的运动轨迹有了更清晰的认识。书中关于“轨道设计”的部分，让我明白了为什么不同的卫星任务需要设计出不同的轨道，例如用于气象监测的同步轨道，或是用于科学研究的低倾角轨道。这让我看到了理论知识是如何与实际应用相结合，从而实现人类探索宇宙的愿望。我尤其对书中关于“轨道碎片”的讨论印象深刻，它让我意识到了太空垃圾对卫星运行的潜在威胁，以及科学家们在如何规避和处理这些问题上所做的努力。这本书让我明白，太空并非一成不变的净土，而是充满着各种挑战和风险，而人类正是凭借着智慧和科技，不断地克服这些困难。
评分这本书真的让我大开眼界，简直是打开了我对宇宙空间的新认知。在翻阅的过程中，我发现自己对于“卫星”这个词的理解，从最初的只是一个漂浮在太空中的小东西，逐渐演变成了一个拥有精密计算、复杂轨道和多重功能的动态实体。书中对不同轨道类型的细致描述，比如近地轨道、地球同步轨道、极地轨道等等，都配以清晰的图示和严谨的数学模型，让我能够直观地理解它们之间的差异以及各自的优势。特别是关于轨道摄动和轨道维持的章节，让我惊叹于工程师们需要考虑的因素之多，从地球引力的不均匀性到太阳和月球的潮汐力，再到大气阻力，甚至是太空垃圾的影响，每一个微小的因素都可能对卫星的长期稳定运行造成巨大的挑战。而书中提供的各种轨道控制策略和燃料消耗的计算方法，则展示了人类在克服这些困难方面所付出的努力和智慧。我印象最深的是关于“霍曼转移轨道”的讲解，它解释了如何在两颗不同轨道的行星之间实现高效的轨道变更，这种精妙的计算和物理原理的应用，让我对宇宙航行的复杂性有了全新的认识，也更加理解了每一次太空探索任务背后所付出的心血和精确的规划。这本书不仅仅是关于理论的堆砌，更让我看到了这些理论在实际应用中的强大力量，从天气预报、通信导航到科学观测，卫星的每一个身影都离不开这些深奥而迷人的理论支撑。
评分这是一本让我沉浸其中、难以自拔的书籍。它以一种系统性的方式，将卫星轨道理论的方方面面都展现出来，既有理论深度，又不乏实践指导意义。书中对“轨道根数”的详细讲解，让我明白了这些看似枯燥的数字是如何勾勒出卫星在浩瀚宇宙中的运行轨迹的。我特别喜欢关于“轨道动力学”的部分，它详细阐述了影响卫星运行的各种力学因素，从万有引力到大气阻力，再到太阳光压，每一个因素都被纳入了严谨的数学模型之中。这让我对卫星的运动有了更全面的认识，也理解了为什么保持卫星轨道的稳定运行是一项如此复杂和精密的工程。书中关于“轨道变化和控制”的章节，更是让我惊叹于人类在驾驭太空中的能力，从轨道机动到姿态调整，每一个操作都离不开精确的计算和周密的计划。这本书让我看到了，每一次卫星任务的成功，都凝聚着无数科学家和工程师的智慧和汗水，是对人类探索未知世界的不懈追求的最好证明。
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