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出版者:西南交通大学出版社

作者:王有隆

出品人:

页数:122

译者:

出版时间:2001-7

价格:18.80元

装帧:

isbn号码:9787810575669

丛书系列:

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现代航天动力学：从轨道设计到深空探测的理论与实践 作者：张伟、李明 编著 出版社：宇航科技出版社 出版日期：2023年10月 --- 内容简介 本书全面深入地探讨了现代航天动力学领域的核心理论、关键技术和前沿应用。它不仅是航天工程师、空间任务规划师的专业参考手册，也是高等院校航空航天类专业本科生和研究生的重要教材。全书结构严谨，内容覆盖面广，力求在理论推导的精确性与工程应用的实用性之间取得完美平衡。 第一部分：轨道力学基础与经典理论重构 本书首先从牛顿万有引力定律和开普勒定律出发，系统梳理了航天动力学的理论基石。不同于传统的教科书叙述方式，本部分着重于非理想化模型下的轨道动力学分析。 第一章：二体问题的高级解法与数值积分 本章详细介绍了开普勒方程的解析解法（如牛顿迭代法、巴尼斯特法）及其在实时轨道确定中的局限性。重点阐述了高精度数值积分方法在处理复杂摄动（如太阳辐射压、地球非球形引力）时的应用。讨论了龙格-库塔法（RK4、RKF45）和辛积分方法在保持长期轨道预测稳定性和能量守恒方面的优劣对比。特别引入了基于四元数（Quaternions）的轨道姿态动力学初步分析，为后续的姿态控制打下基础。 第二章：多体摄动理论与摄动轨道分析 本书超越了简单的摄动展开，引入了拉格朗日中程方程（Lagrange's Planetary Equations）和庞加莱-林德布拉德（Poincaré-Lindstedt）方法来分析周期性摄动。详细分析了J2、J3等高阶地球引力项对近地轨道（LEO）和地球同步轨道（GEO）的长期影响，包括轨道的漂移速率和近日点进动。同时，对太阳光压的摄动力模型进行了详细建模，特别是针对低质量比航天器（如微小卫星星座）的长期轨道维持策略进行了深入探讨。 第三章：轨道变换与转移机动优化 本章集中于航天器轨道机动的效率和燃料优化问题。系统讲解了霍曼转移、双椭圆转移的理论边界。引入了最优控制理论在轨道转移中的应用，包括庞特里亚金最小原理在计算无推力段和有限推力段的边界条件。详细介绍了使用高斯谱法（Gauss Pseudospectral Method, GPM）求解复杂轨道机动（如行星际弹道修正）的数值过程，并提供了一系列实际案例的算例分析。 第二部分：航天器姿态动力学与控制 本部分转向研究航天器自身的运动学和动力学，这是精确深空探测和精密对地观测的关键。 第四章：刚体动力学与欧拉方程 本章深入探讨了航天器姿态的建模，从拉格朗日量出发推导了带外部力矩（如磁力矩、气动扭矩）的欧拉方程。详细分析了非对称惯量矩阵对姿态机动的影响。重点讨论了欧拉角、罗德里格斯参数和四元数在描述和解算姿态时的相互转换、奇异性问题及在导航滤波中的应用。 第五章：执行器建模与姿态控制系统设计 本书详细分析了反应轮（Reaction Wheels）、磁力矩器（Magnetorquers）和推进器（Thrusters）的动力学模型和饱和限制。在控制算法方面，超越了传统的PID控制，重点介绍了滑模控制（SMC）在应对外部扰动和模型不确定性时的鲁棒性，以及基于Lyapunov函数的间接自适应控制方法在变质量系统（如燃料消耗）中的应用。 第六章：惯性导航与姿态确定 本章阐述了高精度姿态确定的方法。详细介绍了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在融合星敏感器、陀螺仪和加速度计数据时的具体实现。特别关注了基于特征跟踪的视觉导航系统（VNS）在深空着陆和近距离交会对接任务中的数据预处理和姿态解算流程。 第三部分：高级轨道设计与空间任务应用 本部分将理论应用于前沿空间任务场景，展现了现代航天动力学的工程潜力。 第七章：限制性多体问题与轨道设计 本书详细介绍了拉格朗日平衡点（Lagrange Points, LPs）的稳定性分析，包括对L1到L5点的周期性轨道（如Halo, Lissajous轨道）的稳定性判据和微小摄动下的维持策略。引入了动力学通道（Dynamical Pathways）的概念，用于设计低能耗的行星际转移路径，如“弱稳定边界”（WSB）理论在小行星采样返回任务中的应用。 第八章：航天器编队与相对导航 针对卫星互联网和空间态势感知需求，本章重点讨论了航天器编队的相对动力学。采用相对状态方程描述编队成员间的相互作用，详细分析了浮动轨道（Floating Orbits）和周期性相对轨道的设计。介绍了利用相对测量（如激光雷达和GPS差分）进行高精度相对状态估计的技术，以及在近距离自主交会对接（Rendezvous and Proximity Operations, RPO）任务中避碰和轨道控制的算法。 第九章：深空探测的轨道摄动与导航挑战 本章探讨了远离地球引力场时的导航难题。讨论了行星和太阳的非周期性引力摄动对远距离航天器（如旅行者号、新视野号）轨道的修正。详细介绍了行星际导航（Interplanetary Navigation）中的关键环节：深空网络（DSN）的测距和多普勒数据处理、轨道修正（TCMs）的规划，以及如何利用引力助推（Gravity Assist）进行行星际轨迹优化。 --- 本书特色 1. 工程导向的深度理论： 理论推导严谨，但始终聚焦于工程实现中的瓶颈和解决方案，包含大量实际任务数据校准的案例分析。 2. 前沿算法集成： 涵盖了从经典牛顿法到现代最优控制、谱方法等多种高级数值技术，为读者提供解决复杂动力学问题的工具箱。 3. 多尺度分析视角： 兼顾了近地轨道的高精度摄动分析，以及行星际任务中的长期动力学行为，视角全面。 本书旨在培养读者构建复杂航天系统的动力学模型，并掌握对其进行精确预测和高效控制的能力。 --- 关键词： 航天动力学、轨道力学、姿态控制、最优控制、行星际导航、卡尔曼滤波、相对动力学、拉格朗日点。

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