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吴连大 等 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030534880

版次：31

商品编码：12122967

包装：平装

丛书名： 现代天文科学丛书

开本：32开

出版时间：2017-06-01

页数：128

正文语种：中文

内容简介

本书以空间目标编目为背景，介绍了空间目标天基探测的经典轨道——明暗界限的平台轨道，研究了天基探测的望远镜探测能力（探测星等和探测目标的大小）。根据现在在轨的空间目标的实际分布，重点研究了望远镜视场、安装方向和平台的姿态和这些因素对探测目标数量和探测弧长的影响，给出了GEO（地球同步带目标）和LEO（近地目标）的几种全新的探测方法，提出了一种评价天基探测方案的指标，利用仿真计算的方法以及初轨计算和轨道改进

目录

第1章 引言
1.1 天基探测的优点
1.2 天基探测的目标
1.3 本书的写作目的
1.4 本书的章节安排

第2章 光电探测的基础
2.1 望远镜的组成
2.1.1 光学系统
2.1.2 探测器
2.2 望远镜的探测能力
2.2.1 目标距离和视运动角速度
2.2.2 信噪比计算
2.2.3 探测星等
2.2.4 探测目标的大小

第3章 天基探测的基本原理
3.1 探测平台
3.1.1 平台的经典轨道
3.1.2 望远镜的安装
3.1.3 平台的姿态
3.2 天基探测的可见弧长
3.3 望远镜中心的运动轨迹
3.3.1 对地定向方法垂直安装时的运动轨迹
3.3.2 对地定向方法β不等于0时的运动轨迹
3.3.3 赤道点定向方法的运动轨迹
3.4 近地轨道目标的探测能力
3.4.1 目标距离、视运动角速度和露光时间
3.4.2 信噪比计算
3.4.3 探测星等
3.4.4 探测目标的大小
3.4.5 提高探测能力的方法
3.5 地球同步轨道目标的探测能力
3.6 空间目标探测情况的模拟计算
3.6.1 天基探测的可见判别条件
3.6.2 天基探测的可行性指标

第4章 地球同步轨道目标的天基探测
4.1 地球同步轨道目标探测的需求分析
4.1.1 地球同步轨道目标的倾角分布
4.1.2 地球同步轨道目标的空间位置分布
4.1.3 地球同步轨道目标探测需要大视场
4.2 几种可用的望远镜设计
4.2.1 离轴三反式望远镜
4.2.2 12.5 °×12.5 °全球面折射望远镜
4.2.3 20°×20°非球面折射望远镜
4.3 对地（对日、赤道点）定向方法
4.3.1 三种望远镜方案
4.3.2 提高精度的方法
4.4 准惯性定向方法
4.4.1 准惯性定向方法概要
4.4.2 准惯性定向方法的初步评估
4.5 避开地影的方法
4.6 几种方法比较

第5章 近地轨道目标的天基探测
5.1 近地轨道目标探测的需求分析
5.1.1 近地轨道目标的轨道分析
5.1.2 近地轨道目标的探测策略
5.2 对地定向方法
5.2.1 对地定向方法概要
5.2.2 模拟计算验证
5.3 避开地影的方法
5.3.1 对地定向方法
5.3.2 对日定向方法
5.3.3 限位对日定向方法
5.3.4 可见弧长
5.3.5 可见区域面积
5.4 模拟计算结果及分析
5.4.1 天基探测的编目能力
5.4.2 两种方法的目标覆盖率

第6章 数据处理和轨道关联
6.1 探测图像处理
6.1.1 图像中星象的运动
6.1.2 动目标的提取
6.1.3 天文定位
6.1.4 模拟天基星空的地面探测
6.2 轨道关联
6.2.1 初选可见的目标集合
6.2.2 已知目标的轨道关联
6.2.3 UCT数据处理——新目标的发现和捕获
6.3 天基探测数据编目的精度估计
参考文献
附录1 地基望远镜的探测能力计算程序
附录2 天基望远镜的近地轨道探测能力计算程序
附录3 天基望远镜的地球同步轨道探测能力计算程序
附录4 计算优选平台高度的目标函数程序
附录5 计算限位对日定向方法的弧长程序
后记

星际航行与轨道力学基础 书籍简介 本书旨在为对航天工程、天体物理学以及深空探索感兴趣的读者提供一个全面而深入的基础知识体系。内容聚焦于构建星际旅行的理论框架和实用工具，涵盖了从基本的轨道力学原理到复杂的航天器轨道设计与控制方法。我们力求通过严谨的数学推导、清晰的物理概念阐释以及丰富的工程实例，帮助读者理解航天任务背后的科学与技术原理。 第一部分：轨道力学的基石 本部分首先回顾了经典力学在航天领域的核心应用，重点阐述了万有引力定律和开普勒定律的深刻内涵及其在计算两体运动问题中的关键作用。 中心天体引力场中的运动： 我们详细分析了开普勒轨道（椭圆、抛物线、双曲线）的几何特性、周期、半长轴、偏心率等关键参数的确定方法。着重探讨了如何利用轨道根数来精确描述航天器的瞬时位置和速度。 轨道动力学与摄动分析： 在理想的两体问题模型基础上，本书引入了更贴近实际的考虑因素，如微小推力、大气阻力（针对近地轨道）以及其他天体的引力摄动。通过引入拉格朗日点和高斯表示法，我们展示了如何量化和预测这些摄动对长期轨道稳定性的影响。 霍曼转移与轨道机动： 详细介绍了实现不同轨道之间转换的效率最高的策略——霍曼转移轨道。计算了所需的特征速度增量（Delta-V），并延伸讨论了更复杂的多次抛物线机动、引力弹弓效应（行星际转移路径设计）的应用。 第二部分：航天器姿态控制与导航 一个成功的航天任务不仅依赖于精确的轨道位置，更需要对航天器的姿态进行精确的控制和测量。本部分深入探讨了航天器的姿态动力学、传感与作动原理。 刚体动力学与欧拉方程： 从刚体转动的基本概念出发，引入了转动惯量张量、角动量和欧拉运动方程。重点分析了在无外部力矩作用下的自由进动（Nutation and Precession）。 姿态描述与转换： 系统梳理了描述空间姿态的数学工具，包括欧拉角、旋转矩阵（方向余弦矩阵）以及四元数（Quaternion）。特别强调了四元数在避免万向节死锁（Gimbal Lock）和简化姿态积分计算中的优势。 姿态传感与测量： 详细介绍了用于测量航天器当前姿态的传感器技术，包括太阳敏感器、星敏感器、陀螺仪（光纤和激光）以及磁力矩器。阐述了如何通过数据融合技术（如扩展卡尔曼滤波 EKF）来提高姿态估计的精度和鲁棒性。 姿态作动与控制： 探讨了用于改变或维持航天器姿态的执行机构，如反作用轮（Reaction Wheels）、磁力矩器（Magnetorquers）和推进剂姿态控制系统（RCS）。针对性地设计了基于PID控制和LQR最优控制的姿态跟踪与抑制算法。 第三部分：行星际任务设计与推进原理 本部分将理论知识应用于实际的深空任务规划，重点关注如何高效地跨越太阳系尺度并实现对遥远天体的精确到达。 转移轨道优化： 深入分析了不同类型行星际转移轨道的设计，包括使用能量最小化（低推力）和时间优化（高推力）策略。计算了到达火星、木星等行星所需的发射窗口和转移时间。 推进系统基础： 对化学推进剂火箭（比冲、推力、效率评估）进行了概述。此外，本书对新兴的电力推进技术（如霍尔推力器和离子推力器）的原理、优势和局限性进行了详细的比较分析，特别是在长寿命、低质量损失任务中的应用前景。 相对导航与会合/交会对接： 在任务的最后阶段，精确的相对导航至关重要。本章介绍了拦截目标（如航天器、空间站）的相对运动方程，讨论了近距离机动、速度匹配以及对接序列中的传感器需求与控制策略。 第四部分：任务仿真与数据分析 为确保理论模型在真实环境下的可靠性，仿真与数据处理是不可或缺的一环。 数值积分方法： 讲解了求解非线性动力学方程组（如受多体引力影响的轨道）所需的数值积分技术，包括龙格-库塔法（Runge-Kutta）及其在高精度轨道预报中的应用。 误差分析与不确定性量化： 阐述了在轨道确定和状态估计中，如何量化传感器噪声、模型误差和执行器不确定性对最终结果的影响。介绍了协方差分析在任务风险评估中的作用。 本书结构严谨，内容涵盖了航天任务设计链条中的核心环节，是航天工程师、研究生及高级爱好者深入理解航天动力学与控制的理想参考资料。阅读本书后，读者将具备独立分析和设计基本航天任务轨道的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，可以说是极其沉浸和富有启发的。我并非天文学领域的专业人士，但作者巧妙地运用了类比和生动的语言，将那些复杂深奥的科学原理，化作了易于理解的知识。尤其让我印象深刻的是，书中对于“天基探测”所面临的挑战的剖析，以及应对这些挑战所提出的创新解决方案。它不仅仅是描绘了美好的愿景，更重要的是，它深入探讨了实现这些愿景所必须克服的技术难关。从光学探测的极限，到信号传输的干扰，再到探测器自身的能量供给和寿命问题，作者都进行了细致入微的阐述。我尤其对其中关于“智能探测”的章节感到震撼，它预示着未来探测器将不再是简单的信息收集器，而是具备一定自主决策能力的“太空侦察兵”。这种前瞻性的思考，让我对未来的太空探索充满了期待。书中的一些案例研究，更是将理论与实践紧密结合，让我看到了这些宏大的设想是如何一步步变为现实的。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受，是一种对未来宇宙图景的全新认知。我一直认为，我们对宇宙的了解，很大程度上受限于地球自身的观测条件。而“天基探测”的出现，打破了这一限制，它将我们的视野从地球表面，无限延伸至了宇宙深处。书中对不同探测平台（如轨道卫星、空间望远镜、甚至未来可能存在的深空探测器）的定位和功能划分，让我对整个天基探测体系有了更清晰的认识。它不仅仅是单打独斗式的探测，而是一个由无数个精密仪器组成的庞大网络，协同作业，共同揭示宇宙的奥秘。我尤其喜欢书中对“目标识别与追踪”部分的描述，它让我明白了，在广袤的宇宙中，找到并锁定那些微小而珍贵的目标，是多么一项艰巨而精妙的任务。作者用丰富的图示和清晰的逻辑，展示了这一过程中的技术挑战和解决方案，让我在惊叹之余，也对人类的智慧有了更深的敬意。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的，不仅仅是知识的增长，更是一种对未来宇宙探索模式的深刻理解。它打破了我以往对太空探测的刻板印象，让我看到了一个更加立体、更加智能、更加协同的探测未来。我一直以为，我们对太空的认知，主要依赖于大型的天文台和昂贵的空间望远镜，而这本书则让我看到了“天基探测”的普适性和灵活性。它意味着，我们可能通过各种规模和功能的探测器，在不同的轨道上，对各种空间目标进行全方位、多角度的探测。书中对“探测策略的优化与资源配置”的讨论，更是让我认识到，在有限的资源下，如何最大化探测的效益，是多么一项复杂的系统工程。这种全局性的视角，让我对未来的太空探索充满了信心，也对人类将要揭开的宇宙面纱，充满了无限的遐想。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在翻阅这本书之前，“空间目标的天基探测”对我而言，只是一个模糊的概念，甚至有些技术化的疏离感。然而，这本书却以一种出人意料的方式，拉近了我与这个概念的距离。作者仿佛是一位经验丰富的向导，带领我穿越了技术的前沿，让我看到了这项工作的宏伟意义和实践价值。它不仅仅是关于物理学、天文学或者工程学，更是一种关于人类探索未知、追求进步的哲学思考。书中对“探测数据的高效利用与信息挖掘”部分的探讨，更是让我看到了科学研究的真正价值所在。我们不再仅仅是收集信息，而是要从中提炼出有价值的知识，进而推动人类文明的进步。我尤其欣赏作者在描述一些技术细节时，所展现出的那种热情和严谨，仿佛每一项技术都蕴含着一段精彩的故事，每一个目标都隐藏着一个待解的谜团。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我耳目一新的书，它从一个我从未深入思考过的角度，为我打开了认识宇宙的新视角。我一直对太空充满了好奇，尤其是那些在浩瀚星海中闪烁的，人类尚未完全掌握的“空间目标”。这本书，恰恰满足了我这份求知欲。我常常在想，当我们在地球上仰望星空，看到那些遥远的星辰，我们知道它们在那里，但我们是否真正理解它们的存在方式？这本书描绘了一个令人激动的前景：我们不再仅仅是被动地观测，而是能够主动地、以一种前所未有的方式去“探测”这些目标。它详细阐述了“天基”这个概念的含义，不再是遥不可及的理论，而是触手可及的现实。书中关于探测器如何设计、如何部署、如何协同工作的内容，让我仿佛置身于一个宏大的科技画卷之中。作者对于不同类型空间目标的分类，以及针对它们设计的独特探测策略，都展现了作者深厚的专业知识和超凡的想象力。读完之后，我感觉自己对宇宙的理解，从一个平面图，变成了立体生动的模型。它不仅仅是关于技术，更是关于人类探索未知、拓展边界的勇气和智慧的赞歌。