小行星探測器軌道力學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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薑宇，李恒年 著

圖書標籤:

• 軌道力學
• 小行星探測
• 航天器動力學
• 天體力學
• 空間機製
• 軌道設計
• 姿態控製
• 行星科學
• 航天工程
• 優化算法

齣版社： 中國宇航齣版社

ISBN：9787515912721

版次：1

商品編碼：12172614

包裝：精裝

開本：32開

齣版時間：2017-01-01

用紙：膠版紙

頁數：398

正文語種：中文

內容簡介

　　小行星是太陽係形成的殘餘碎片。小行星和雙小行星係統、三小行星係統中的動力學問題和探測器軌道設計的研究，不僅有助於我們理解太陽係中各類小行星、雙小行星係統、三小行星係統的早期形成與演化機製，也有助於我們設計滿足各類應用需求的探測器軌道及軌道控製方法。此外。我國未來小行星和彗星探測任務需求也對深入研究小行星附近的動力學問題提齣瞭諸多挑戰。《小行星探測器軌道力學》立足於介紹小行星和多小行星係統的動力學的內在機製，設計閤適的小行星環繞探測任務軌道，以解決小行星附近動力學的理論與實際問題。《小行星探測器軌道力學》麵嚮的讀者是從事航天動力學、天體力學、深空探測、軌道設計以及製導、導航與控製等專業的研究人員和工程技術人員，也可以作為相關領域的高校教師和研究生的參考書。

目錄

第1章 引論
1．1 研究背景與意義
1．2 小行星的引力場模型的研究現狀
1．2．1 球諧與橢球諧函數攝動展開模型
1．2．2 簡單體模型
1．2．3 多麵體模型
1．2．4 離散元模型
1．3 單個小行星附近的動力學研究現狀
1．3．1 周期軌道和擬周期軌道
1．3．2 平衡點的位置與拓撲類型
1．3．3 流形
1．3．4 周期軌道族的分岔
1．3．5 共振的類型
1．3．6 混沌
1．3．7 不規則小行星錶麵運動、躍遷與軟著陸
1．4 雙小行星係統動力學研究現狀
1．4．1 雙小行星係統簡單模型假定及動力學研究
1．4．2 雙小行星係統觀測與係統動力學參數計算
1．4．3 雙小行星係統的日心軌道與共振
1．4．4 雙小行星係統的穩定性
1．5 三小行星係統動力學研究現狀
1．5．1 三小行星係統觀測與動力學參數計算
1．5．2 三小行星係統的穩定性
1．6 小行星與多小行星係統動力學計算方法研究現狀
1．6．1 小行星附近周期軌道的計算方法
1．6．2 小行星相對平衡點的位置與特徵值的計算方法
1．6．3 雙小行星係統的動力學計算方法
1．7 本書章節內容
參考文獻

第2章 小天體引力場建
2．1 引言
2．2 多麵體引力的計算
2．2．1 多麵體引力勢
2．2．2 多麵體引力
2．2．3 多麵體引力梯度矩陣
2．2．4 計算過程概要
2．3 雙小行星係統多麵體引力的計算
2．3．1 多麵體體積分轉化為綫積分
2．3．2 雙多麵體上的體積分與級數展開近似
2．3．3 符號簡化
2．3．4 級數展開的逐項積分
2．3．5 雙多麵體引力積分的計算過程
2．3．6 雙小行星係統共有勢及受力的計算
2．3．7 每一個不規則小行星受另一個不規則小行星的力矩
2．3．8 雙不規則小行星引力全二體問題動力學方程
2．4 多小行星係統動力學建模的顆粒物質離散元方法
2．4．1 僅有引力無碰撞情況下的動力學
……

第3章 小行星引力場中的動力學方程與有效勢
第4章 平麵對稱引力場中平衡點的穩定性及其附近的軌道與流形
第5章 強不規則小行星引力場中平衡點局部的動力學
第6章 強不規則小行星引力場中的大範圍周期軌道及分岔
第7章 參數變化下小行星平衡點的碰撞與湮滅
第8章 雙小行星係統探測器動力學
第9章 多小行星係統探測器動力學

《星際航行與天體動力學基礎》 本書簡介 《星際航行與天體動力學基礎》是一部全麵深入探討航天器動力學、軌道設計、深空探測任務規劃以及相關數學物理原理的權威著作。本書旨在為航天工程專業的學生、從事軌道設計和任務規劃的工程師，以及對天體物理和空間科學感興趣的研究人員提供一個堅實而係統的理論基礎和實踐指南。 本書內容涵蓋瞭從牛頓經典力學在軌道運動中的應用，到現代高精度軌道確定與預報的復雜算法，內容詳實，邏輯嚴謹，力求在理論深度與工程應用之間找到完美的平衡。全書共分為五大部分，共十五章。 --- 第一部分：軌道力學基礎 本部分是全書的基石，重點迴顧和深化瞭描述物體在引力場中運動所需的數學和物理工具。 第一章：經典力學與引力定律的迴顧 本章首先從牛頓萬有引力定律齣發，係統迴顧瞭經典力學中描述運動的基本概念，如質量、力、能量和角動量。著重介紹瞭開普勒三大定律的物理本質及其在簡化兩體問題中的應用。討論瞭慣性係與非慣性係下的運動描述，為後續引入非保守力與攝動力分析奠定基礎。 第二章：兩體問題與軌道根數 深入解析瞭理想兩體問題（即僅受中心天體重力作用）的解析解。詳細推導瞭軌道形狀（橢圓、拋物綫、雙麯綫）與軌道能量和角動量的關係。本章的核心是係統介紹六根數（或廣義軌道根數）的定義、物理意義及其在描述瞬時軌道狀態中的作用。探討瞭如何通過軌道根數快速推算未來任意時刻的航天器位置和速度。 第三章：軌道機動與轉移 本章聚焦於如何改變航天器的軌道——即軌道機動。詳細分析瞭霍曼轉移軌道的原理和計算方法，這是實現行星際轉移的經典且高效的方式。此外，還涵蓋瞭更為復雜的軌道修改技術，如軌道傾角、升交點或近拱點高度的改變。引入瞭比衝（Characteristic Energy）和$Delta V$（速度增量）的概念，用於量化機動所需的燃料效率和推進劑消耗。 --- 第二部分：攝動理論與高精度軌道傳播 在真實的太空中，航天器並不僅僅受到一個中心天體的引力。本部分將引入更為復雜的攝動效應，並探討如何進行高精度軌道預報。 第四章：主要攝動力分析 係統分析瞭影響近地軌道（LEO）和地球靜止軌道（GEO）航天器的主要攝動力： 1. 地球非球形引力攝動：詳細介紹瞭地球重力場模型（如J2效應，球諧函數展開），並量化瞭這些不規則引力對軌道長時間演化的影響，特彆是對軌道升交點和近地點漂移的貢獻。 2. 大氣阻力：針對低軌道航天器，詳細討論瞭大氣密度的模型（如NRLMSISE-00），以及如何根據航天器外形參數計算阻力，並將其納入軌道動力學方程。 3. 其他微小攝動力：包括太陽輻射壓力（SRP）和月地引力攝動，尤其強調瞭SRP在深空探測器軌道維持中的重要性。 第五章：變分方程與數值積分 在引入攝動力後，軌道方程通常無法解析求解。本章轉嚮數值方法。首先，推導瞭軌道狀態矢量對初始條件的敏感性——變分方程，這是進行軌道確定和長期預報誤差分析的關鍵。隨後，詳細介紹瞭主流的高精度數值積分方法，包括龍格-庫塔法（Runge-Kutta methods）和高階的預測-校正（Predictor-Corrector）方法，並討論瞭如何選擇閤適的步長和精度控製策略。 --- 第三部分：深空任務軌道設計 本部分將理論應用於星際和行星際任務，探討如何利用天體間的引力相互作用實現高效的航行。 第六章：n體問題與限製性三體問題 超越簡單的兩體模型，本章引入瞭限製性三體問題（如日-地-航天器係統）。重點講解瞭拉格朗日點（L點）的原理、存在性及其在空間觀測站和通信中繼中的應用。討論瞭圍繞L點的周期性軌道，如暈輪軌道（Halo Orbits）。 第七章：重力助推技術（Gravity Assist） 重力助推是行星際任務節約燃料的關鍵技術。本章詳細解析瞭重力助推的物理機製，即航天器如何通過與行星的近距離飛越，實現動量交換。推導瞭飛越過程中的速度變化量（$Delta V$）計算公式，並展示瞭如何利用多行星助推序列（Gravity Assist Sequences）設計復雜的星際轉移軌跡。 第八章：彈道捕獲與行星際轉移軌跡 探討瞭航天器如何從轉移軌道進入目標天體軌道的技術。著重介紹彈道捕獲（Ballistic Capture）的概念，這是一種利用目標天體引力場自然減速的低能耗捕獲方式。對比分析瞭不同類型的轉移軌道，如快速轉移與低能耗轉移路徑的選擇準則。 --- 第四部分：軌道確定與導航 準確知道航天器當前在太空中的位置是所有任務成功的先決條件。本部分關注如何從觀測數據中推算軌道。 第九章：觀測量的類型與誤差源 係統分類瞭航天器導航中使用的觀測數據類型，包括： 1. 角度觀測：地心赤經、赤緯。 2. 測距觀測：單嚮或雙嚮測距（Range）。 3. 多普勒觀測：用於推算相對速度。 詳細分析瞭每種觀測量在不同任務階段（如近地、地月轉移、深空）的適用性及其主要的誤差來源。 第十章：軌道確定基礎——初始定軌 介紹瞭初始定軌的基本方法，如牛頓法、高斯法和拉格朗日法（用於處理弧段數據）。重點闡述瞭牛頓-拉夫遜迭代法在綫性化軌道方程中如何收斂到最優軌道解。 第十一章：濾波技術在軌道導航中的應用 本章轉嚮處理實時觀測數據和處理不確定性的問題。詳細介紹瞭卡爾曼濾波（Kalman Filtering）及其在軌道估計中的應用，包括擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF）在處理非綫性軌道動力學係統中的優勢和實現細節。討論瞭如何利用濾波技術進行狀態估計和預報誤差的協方差分析。 --- 第五部分：姿態動力學與相對運動 除瞭軌道位置，航天器的姿態控製也是確保任務成功的關鍵要素。 第十二章：剛體動力學與陀螺儀效應 本章引入瞭航天器姿態的運動描述。從剛體運動的基本方程（歐拉方程）齣發，描述瞭航天器在外部力矩作用下的姿態變化。詳細解釋瞭陀螺儀效應（或進動）的物理原理及其在姿態穩定的作用。 第十三章：姿態描述與變換 係統介紹瞭描述航天器姿態的數學工具，包括歐拉角（及其萬嚮節鎖定問題）、鏇轉矩陣和四元數（Quaternions）。重點強調四元數在姿態動力學計算中的優越性。闡述瞭不同坐標係之間的姿態變換（如地固係到航天器體坐標係）。 第十四章：姿態控製與執行器 討論瞭航天器姿態控製係統的組成和工作原理。詳細介紹瞭常用的姿態執行器，如反作用輪（Reaction Wheels）、動量輪（Momentum Wheels）和磁力矩器（Magnetorquers），並分析瞭它們在不同任務場景下的優缺點。 第十五章：相對運動與編隊飛行 最後，本章探討瞭多個航天器在同一任務中如何相互定位和控製。推導瞭相對軌道動力學方程，重點分析瞭虛擬慣性係（V-Bar/R-Bar）和綫性二體近似（Clohessy-Wiltshire方程），為近距離交會對接和航天器編隊飛行提供瞭必要的理論工具。 --- 本書的特點在於，它不僅提供瞭嚴謹的理論推導，更穿插瞭大量實際工程案例和數值模擬的討論，確保讀者能夠將理論知識有效地轉化為解決實際軌道力學問題的能力。書後附有詳盡的附錄，包含常用積分錶、數學函數庫的實現建議以及關鍵的軌道參數對照錶。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事視角極其獨特，它仿佛是一部以“時間”為主角的史詩。作者似乎刻意避開瞭對探測器硬件的炫耀，而是將焦點完全集中在軌道本身——那個看不見、摸不著卻又絕對主宰一切的無形力量。我讀到關於奧爾特雲冰粒在太陽係邊界被捕獲的理論推演時，那種震撼是難以言喻的。它讓我開始以一種全新的、更具曆史縱深感的方式來看待太陽係的形成。書中對引力微擾的描述，不是冰冷的力學公式，而更像是宇宙尺度的“漣漪效應”，展示瞭如何利用最小的能量輸入，實現對宏大目標的精確操控。這種對“勢”的理解，超越瞭單純的工程計算，觸及到瞭物理學的哲學層麵。書中的排版和插圖選擇也十分考究，那種大麵積的留白和極簡的星圖，營造齣一種空曠而又深邃的閱讀體驗，非常符閤主題所需要的寜靜與宏大。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事風格充滿瞭對未知宇宙的浪漫遐想，作者的筆觸如同在星空中輕輕描繪，勾勒齣那些遙遠、冰冷的岩石塊在引力作用下那看似雜亂無章卻又遵循著某種古老韻律的舞蹈。它不追求嚴苛的數學推導，反倒更像是一部充滿哲思的太空遊記。我尤其欣賞作者如何將那些復雜的軌道概念，比如霍曼轉移或者引力彈弓效應，用極其生動的生活化比喻來闡釋。讀到關於“漫遊者”如何一次次調整姿態，試圖捕捉那轉瞬即逝的光影時，我仿佛能感受到地麵控製中心裏工作人員緊張而又興奮的心跳。這本書的價值在於，它成功地架起瞭一座橋梁，讓那些對深空探索心懷好奇的普通讀者，能夠跨越專業壁壘，去領略那些探測器們孤獨而壯麗的旅程。那種感覺，就像是拿到瞭一份星際旅行的邀請函，雖然無法親身前往，但精神上已經隨之飛越瞭數以億計的公裏。書中對於探測器設計的美學考量也頗為獨到，將冰冷的工程學與宏大的宇宙背景巧妙地融閤在一起，讓人對人類的創造力肅然起敬。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的深度和廣度遠遠超齣瞭我最初的期待，它並非一本輕鬆的科普讀物，而更像是一部深入研究近地小行星捕獲任務的案例分析集。作者在處理軌道攝動和燃料預算優化方麵的論述，簡直是教科書級彆的嚴謹。書中詳盡地對比瞭不同推進劑方案在低推力條件下的長期效能，特彆是對太陽帆技術在特定軌道保持上的局限性進行瞭非常細緻的剖析。我花瞭大量時間去研究其中關於“近距離逼近”階段的誤差容忍度計算，那部分數據圖錶和數學模型展示瞭極高的專業水準。對於任何從事航天動力學研究的人來說，這本書無疑是一份極具參考價值的工具書。它沒有迴避那些“不那麼性感”的細節，比如長期軌道漂移的補償策略，反而將這些被許多通俗讀物忽略的工程難點視為展示人類智慧的絕佳舞颱。讀完之後，我對行星際任務規劃的復雜性有瞭顛覆性的認識，明白瞭每一個微小的速度修正背後，都凝聚著無數次迭代計算的心血。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，這本書的閱讀體驗是起伏跌宕的，它更像是作者的一場個人化、近乎偏執的學術探險筆記。它最吸引我的地方，在於作者對特定任務失敗案例的解構。書中花瞭很大篇幅討論瞭某次深空探測任務在最後階段因軟件算法缺陷導緻的軌道失控，分析之深入，甚至包含瞭對源代碼片段的批判性審視。這種近乎“手術刀式”的精準剖析，讓讀者真切地感受到瞭航天事業的殘酷性——任何微小的疏忽都可能導緻數十年努力的付諸東流。與那些歌頌成功的書籍不同，這本書的價值在於其對“不確定性”的直麵。它沒有提供安慰性的結局，而是展示瞭科學工作者在麵對宇宙的隨機性和自身局限性時所展現齣的堅韌。對於那些想要從事任務風險管理的人來說，這本書提供瞭寶貴的“反麵教材”和深刻的教訓。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的最大感受是其作為“曆史文獻”的價值。作者似乎是一位資深的航天檔案整理者，他將不同年代、不同國傢對小行星飛掠軌跡的觀測數據進行瞭巧妙的編排和串聯。閱讀的樂趣在於追溯那些曆史性的觀測瞬間——比如第一次通過天文望遠鏡精確測定彗星軌道，以及早期蘇聯和美國探測器軌跡規劃的差異。它不隻是關於“如何做”，更是關於“過去是如何思考的”。書中穿插的那個時代研究人員的手寫筆記復印件，極大地增強瞭真實感和沉浸感，讓人仿佛能聞到老舊紙張上的油墨味。它展現瞭知識積纍的艱辛曆程，每一個成功的軌道計算，都是建立在前人無數次嘗試和修正之上的。這本書更像是一部關於“人類如何學會閱讀宇宙語言”的編年史，其厚重感和知識密度讓人在閤上書本時，對基礎科學的敬畏感油然而生。