小行星探測器軌道力學

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

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
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店鋪: 英敏圖書專賣店
齣版社: 中國宇航齣版社
ISBN:9787515912721
商品編碼:29610895303
包裝:精裝
開本:32
齣版時間:2017-01-01
頁數:398
字數:100

具體描述


內容介紹
小行星是太陽係形成的殘餘碎片。小行星和*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、*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*。此外。我guo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*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*域的高校教師和研究生的參考書。

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目錄
*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kai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kai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 *小行星係統動力學研究現狀
1.4.1 *小行星係統簡單模型假定及動力學研究
1.4.2 *小行星係統觀測與係統動力學參數計算
1.4.3 *小行星係統的日心軌道與共振
1.4.4 *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*研究現狀
1.6.1 小行星附近周期軌道的計算方*
1.6.2 小行星相對平衡點的位置與特徵值的計算方*
1.6.3 *小行星係統的動力學計算方*
1.7 本書章節內容
參考文獻

*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 *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 *多麵體上的體積分與集數展kai近似
2.3.3 符號簡化
2.3.4 集數展kai的逐項積分
2.3.5 *多麵體引力積分的計算過程
2.3.6 *小行星係統共有勢及受力的計算
2.3.7 每1個不規則小行星受另1個不規則小行星的力矩
2.3.8 *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*
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 *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 顯示全部信息

天體動力學與任務設計:深空探測的理論與實踐 本書聚焦於現代天體動力學在復雜航天任務設計中的核心應用,全麵涵蓋瞭從基礎軌道理論到尖端任務規劃的廣闊領域。本書旨在為從事航天工程、天體物理學以及相關領域研究和設計的專業人士和高年級學生提供一套嚴謹、深入且具有高度實踐指導意義的理論框架與工具集。 --- 第一部分:軌道力學基礎與分析方法 本部分奠定瞭理解和計算航天器軌道運動的數學和物理基礎,強調瞭在真實、非理想環境下的分析工具。 第一章:開普勒運動與二體問題的高級分析 本章深入探討瞭在理想引力場(即牛頓萬有引力定律支配下)中航天器運動的精確解。我們將從拉格朗日點和哈密頓力學的角度重訪開普勒定律,建立能量和角動量守恒的嚴格證明。重點內容包括: 軌道根數係統的演化與轉換: 詳細對比經典六根數(如柯尼希斯參數)與改良根數(如真近點角、幅角)在不同任務階段的適用性。 微分修正方程(DSOP)的推導: 引入對基礎軌道進行微小攝動的數學描述,為後續納入攝動項做準備。 軌道要素的周期性分析: 分析在不同參考係下,近地點和升交點漂移的機理,為長期軌道維持提供理論基礎。 第二章:攝動理論與非保守力分析 真實深空環境遠非理想二體模型可描述。本章聚焦於量化和管理各種外部攝動力對航天器軌道的非保守影響。 地球非球形引力場的建模: 詳述 $J_2, J_3$ 等高階諧係數對近地軌道(LEO)和中地球軌道(MEO)的長期影響,特彆是龍伯變化(Libration)的分析。 太陽係內天體攝動: 對行星、小行星等大質量體對目標軌道的影響進行數值積分與攝動分析,重點關注在行星際轉移過程中,行星的引力“彈弓”效應的精確建模。 相對論效應的修正: 評估水星近日點進動等經典案例,並探討在長程深空任務中,光程延遲和引力時間延遲對導航精度的影響。 大氣阻力模型與低軌道衰減: 針對近地任務,建立復雜的大氣密度模型(如 NRLMSISE-00),並分析不同阻力模型對軌道壽命的預測差異。 第三章:有效動力學與限製性多體問題 將分析視角擴展到多個引力源共同作用的場景,這是設計星際任務的關鍵。 限製性三體問題(LBP)的平衡點分析: 深入研究拉格朗日點(L1至L5)的穩定性,計算其特徵值和微小擾動下的穩定性邊界。 周期軌道與同宿/異宿軌道: 利用Poincaré截麵法,識彆和分析受限空間中的穩定與不穩定周期軌道簇,為利用“弱穩定邊界理論”(WSB)進行任務設計奠定理論基礎。 Bloch-Cattabriga 坐標係與星際轉移: 引入更適閤處理遠距離天體相互作用的廣義坐標係,為設計低推力或自然軌道任務提供新的數學工具。 --- 第二部分:轉移軌道設計與優化 本部分側重於應用基礎理論來解決實際的航天器軌跡設計問題,特彆是在有限燃料約束下的最優控製。 第四章:霍曼轉移與高效能轉移技術 本章係統梳理瞭從經典軌道躍遷到高推力脈衝最優化的方法。 經典軌道轉移的幾何解析: 詳細推導霍曼轉移、雙橢圓轉移的 $Delta V$ 需求和轉移時間,並分析其在實際任務中的局限性。 最優控製理論基礎: 引入龐特裏亞金極大值原理,建立轉移過程中的狀態和協態方程,求解燃料最小化的脈衝時間點和大小。 彈道捕獲與引力輔助機動(Gravity Assist): 深入分析行星際飛行中,利用行星引力場實現速度增益或方嚮修正的機理,精確計算超齣行星參考係(Hyperbolic Excess Velocity)的參數。 第五章:低推力與持續推進軌跡優化 隨著電推力技術的成熟,對持續小推力軌跡的設計需求日益增加。 螺鏇綫與漸進軌道: 分析離子推進器産生的微小、連續推力如何高效地將航天器推入高能軌道或行星捕獲軌道。 準共麵性與周期性軌道生成: 重點研究如何利用低推力在不顯著增加 $Delta V$ 的前提下,將航天器引導至特定的周期性軌道(如 Halo 或 Lissajous 軌道)。 直接配點法與序列二次規劃(SQP): 介紹現代數值優化方法在處理大規模、非綫性動力學約束下的軌跡優化應用,包括如何處理推力方嚮和大小的約束條件。 第六章:多目標優化與任務可行性評估 航天任務設計往往需要在多個相互競爭的目標之間取得平衡(如:時間、燃料、科學載荷容量)。 帕纍托前沿的構建: 應用多目標優化技術,生成一組非劣化的解決方案集,幫助任務規劃者理解不同設計選擇之間的權衡關係。 不確定性分析與魯棒性設計: 引入濛特卡洛模擬和隨機控製理論,評估初始軌道誤差、推進器性能波動和導航誤差對最終任務成功的概率影響。 星群與編隊飛行動力學: 探討多個航天器在共享動力學約束下保持相對位置所需的相對軌道力學與控製策略。 --- 第三部分:導航、製導與控製(GNC)的動力學視角 本部分連接瞭理論動力學與實際飛行操作,關注如何在軌道動力學框架下實現精確的製導與控製。 第七章:軌道確定與數據融閤 精確的軌道估計是所有後續動力學計算的基礎。 觀測模型與誤差源: 詳述深空測距、VLBI、星敏感器等觀測數據對軌道參數估計的貢獻與局限。 擴展卡爾曼濾波(EKF)與無跡卡爾曼濾波(UKF): 闡述這些非綫性濾波技術在綫性化誤差建模與非綫性係統狀態估計中的應用,重點分析協方差矩陣的演化。 敏感度分析與軌道預測誤差: 評估導航誤差如何隨時間放大,並設計預測模型以支持長期任務的軌道維持。 第八章:軌道機動與姿態動力學耦閤 在執行軌道轉移時,姿態控製必須與軌道控製緊密集成。 推力矢量控製對軌道的影響: 分析推進器推力嚮量誤差如何轉化為軌道根數的擾動,並設計姿態反饋迴路以最小化這些擾動。 攝動模型在實時製導中的應用: 介紹如何利用快速、低計算成本的攝動模型(如平均化方法)來實時更新所需的控製輸入,以補償環境的不可預測性。 行星際導航中的“軌跡重校正”: 闡述在任務執行過程中,基於最新觀測數據對預定軌跡進行的動態調整策略,確保航天器按時到達目標區域。 --- 本書的特點: 本書強調數學嚴謹性與工程實際的緊密結閤。案例分析主要來源於已執行或規劃中的大型深空任務的動力學挑戰,通過引入大量工程實例來佐證理論模型的有效性。全書的推導過程詳盡,旨在使讀者不僅掌握“如何做”,更能理解“為什麼這樣做”的深層動力學原理。它不僅是研究人員的參考手冊,也是高階工程師進行任務概念設計不可或缺的工具書。

用戶評價

評分

《小行星探測器軌道力學》這本書,給瞭我一次意外的閱讀體驗。我原以為它會充斥著復雜的數學模型和枯燥的物理定律,但實際上,它更多的是在描繪一幅壯麗的宇宙航行畫捲。作者巧妙地將那些抽象的軌道計算,轉化為一個個生動的“太空舞蹈”場景。我特彆被書中關於“近地小行星采樣返迴”的章節所吸引,它不僅僅是講述探測器如何抵達小行星,更深入地探討瞭如何在小行星引力極弱的環境下進行精準對接和采樣,以及如何規劃返迴地球的軌道。這種在極度不確定性和微弱引力下進行操作的挑戰,讓我對航天工程師們的智慧和勇氣充滿瞭敬意。它不僅僅是關於如何“飛”到小行星,更是關於如何在那片陌生的環境中“生存”和“工作”。這本書讓我不再覺得小行星探測是單一的事件,而是整個復雜而精密的任務鏈條。它讓我看到瞭人類如何利用最前沿的科學技術,在宇宙的邊緣留下自己的足跡,並帶迴寶貴的科學信息。它讓我對未來的太空探索充滿瞭無限的遐想。

評分

初次翻閱《小行星探測器軌道力學》時,我曾擔心自己是否能完全理解其中的內容。畢竟,“軌道力學”這個詞組自帶一種專業領域的壓迫感。然而,作者以一種齣乎意料的平易近人和富有洞察力的方式,將深奧的物理學原理融入到生動的情境中。我非常欣賞書中對“多體問題”的介紹,作者通過講述一個太陽係中所有行星都在相互作用,從而使得精確預測探測器軌道變得異常睏難的場景,讓我直觀地感受到瞭這個問題的復雜性。它不僅僅是簡單的牛頓定律疊加,而是充滿瞭混沌和不確定性。這本書讓我明白瞭,為什麼設計一條前往小行星的軌道需要如此多的模擬和校正,也讓我體會到,科學傢們為瞭剋服這些挑戰所付齣的努力。它不再是枯燥的公式推演,而是充滿瞭對未知世界的探索和挑戰。我甚至開始用一種新的視角來看待那些關於小行星探測的新聞,不再是簡單地知道“探測器發射瞭”,而是開始思考它將如何穿越行星間的引力陷阱,如何精確地抵達目標。這本書極大地滿足瞭我對科學探索背後的嚴謹性和智慧的好奇。

評分

剛拿到《小行星探測器軌道力學》這本書,我腦子裏閃過的第一個念頭就是:這是為誰寫的?作為一名普通讀者,我對軌道力學這個詞匯實在是不太熟悉,甚至有點望而卻步。但齣於對太空探索的好奇心,我還是翻開瞭它。沒想到,這本書比我想象的要“接地氣”得多。雖然它確實深入探討瞭小行星探測器如何在復雜且不斷變化的太空中精確導航,但作者並沒有一開始就拋齣大量的公式和專業術語。相反,它更像是在講述一個精彩的太空冒險故事,隻不過故事的主角是那些勇敢的探測器,而劇情的精彩之處就隱藏在那些精密的軌道設計之中。我特彆感興趣的是書中關於“霍曼轉移軌道”的講解,作者用一個將彈珠從一個圓環彈射到另一個同心圓環的簡單類比,就將這個效率最高但耗時最長的轉移方式解釋得明明白白。它讓我理解瞭為什麼探測器前往遙遠的小行星,需要花費那麼長的時間,也讓我體會到工程師們在規劃每一次“跳躍”時所需要考慮的種種因素。讀完這部分,我不再覺得軌道力學是冰冷的數據,而是充滿瞭智慧和策略的藝術。它讓我認識到,每一次成功的小行星探測任務,背後都凝聚著無數科學傢和工程師的心血,他們用數學和物理的語言,為人類打開瞭通往未知宇宙的大門。

評分

這本書的書名,初一看,還以為是那種硬核到連航天員都得捧著纔能看懂的專業教材。但翻開之後,我驚喜地發現,它並沒有我預想的那麼拒人韆裏之外。雖然主題是“軌道力學”,聽起來就讓人頭皮發麻,但作者巧妙地將一些復雜的概念用非常形象的比喻和清晰的邏輯串聯起來。我尤其喜歡書中對“引力助推”這一章節的闡述,作者用一個在鏇轉木馬上玩耍的小孩被父母輕輕推瞭一下,就能獲得額外速度的例子,一下子就點亮瞭這個在教科書上看瞭無數遍卻總是模糊的概念。它讓我明白,原來那些龐大而精確的軌道計算,背後是如此生動有趣的物理原理在支撐。即使是對天文學隻有淺薄瞭解的我,也能在閱讀過程中感受到那種探索宇宙奧秘的激動人心。我甚至開始想象,當小行星探測器在浩瀚的太空中,利用天體的引力進行一次次優雅的“舞蹈”時,那是一種多麼壯麗的景象。這本書讓我對太空探索的想象不再局限於發射火箭和登陸器,而是深入到瞭那些看不見的、卻至關重要的“軌道上的藝術”。它不僅僅是一本關於力學的書,更是一扇讓我窺探宇宙運行規律的窗口,讓我對那些遙遠的星體和它們神秘的旅程有瞭更深的敬畏和好奇。

評分

閱讀《小行星探測器軌道力學》的過程中,我最大的感受就是“豁然開朗”。之前我對小行星探測器的飛行軌跡,總有一種“隨便飛飛就能到”的模糊概念。這本書則徹底顛覆瞭我的認知。作者以一種非常耐心且富有條理的方式,一步步地揭示瞭小行星探測器如何在不受限製的宇宙空間中,依靠精確的計算和巧妙的策略來完成長途跋涉。我尤其被書中關於“引力梯度穩定”的論述所吸引,作者通過描述探測器在地球引力場中如何“自行校準”自己的姿態,讓我深刻體會到宇宙本身就蘊含著一種自然的秩序。它不是一味地對抗,而是順應、利用,最終達到最優化的飛行狀態。這種“四兩撥韆斤”的智慧,在浩瀚的宇宙中顯得尤為重要。這本書讓我不再覺得航天技術是遙不可及的高科技,而是充滿瞭人類智慧和對自然規律的深刻理解。我開始想象,那些在漆黑宇宙中孤獨前行的探測器,它們並不是漫無目的地遊蕩,而是遵循著一套嚴謹而優美的“軌道詩篇”,每一次轉嚮,每一次加速,都充滿瞭科學的魅力。它讓我對宇宙的復雜性和人類探索精神的偉大有瞭全新的認識。

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