Fundamentals of Astrodynamics and Applications pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Vallado, David A. 编

出品人:

页数:992

译者:

出版时间:2001-6

价格:$ 256.51

装帧:HRD

isbn号码:9780792369035

丛书系列:

图书标签:

Astrodynamics
Spaceflight Mechanics
Orbital Mechanics
Spacecraft Dynamics
Celestial Mechanics
Aerospace Engineering
Flight Dynamics
Orbit Determination
Space Mission Design
Trajectory Optimization

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具体描述

Fundamentals of Astrodynamics and Applications is rapidly becoming the standard astrodynamics reference for those involved in the business of spaceflight. What sets this book apart is that nearly all of the theoretical mathematics is followed by discussions of practical applications implemented in tested software routines. For example, the book includes a compendium of algorithms that allow students and professionals to determine orbits with high precision using a PC. Without a doubt, when an astrodynamics problem arises in the future, it will become standard practice for engineers to keep this volume close at hand and 'look it up in Vallado'. While the first edition was an exceptionally useful and popular book throughout the community, there are a number of reasons why the second edition will be even more so. There are many reworked examples and derivations. Newly introduced topics include ground illumination calculations, Moon rise and set, and a listing of relevant Internet sites. There is an improved and expanded discussion of coordinate systems, orbit determination, and differential correction. Perhaps most important is that all of the software routines described in the book are now available for free in FORTRAN, PASCAL, and C. This makes the second edition an even more valuable text and superb reference.

宇航动力学与应用基础探索宇宙航行之谜的理论基石与实践指南本书旨在为读者提供一个全面而深入的宇航动力学基础知识体系，重点关注轨道力学、空间任务规划与航天器姿态动力学的核心原理。本书的结构设计旨在引导读者从基础的牛顿力学框架出发，逐步过渡到复杂的多体引力环境下的轨道设计与机动策略，最终涵盖实际航天任务中所必需的动力学分析与控制技术。第一部分：轨道力学基础本书开篇聚焦于描述和分析航天器在引力场中运动的基本规律。我们将从开普勒定律和牛顿万有引力定律出发，构建理想化的“两体问题”模型。这一基础模型是后续所有复杂轨道分析的出发点。详细阐述了轨道的六大“根数”（轨道要素）——包括半长轴、离心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和真近点角——如何唯一确定一个轨道。本书将深入探讨这些要素随时间的变化规律，以及如何利用这些参数来描述航天器的轨迹。在此基础上，我们将引入“圆锥曲线”的概念，解释椭圆、抛物线和双曲线轨道在物理意义上的差异，并详细推导了能量和角动量守恒在轨道运动中的体现。对于实际航天任务，航天器很少保持在完美的开普勒轨道上，因此，本书随后会详细介绍“摄动力”的影响，特别是地球的非球形引力（J2项影响）、大气阻力以及太阳和月球的微小引力。这部分内容将侧重于平均轨道根数（如平均开普勒元素）的演化方程，为长期轨道预报奠定理论基础。第二部分：轨道机动与转移航天任务的实现依赖于对航天器轨道的精确控制和有效转移。本书的第二部分将系统地阐述轨道转移的理论与工程实践。核心章节集中讨论了霍曼转移轨道——最省燃料的两脉冲转移方式。我们将详细推导出转移所需的速度增量（ΔV），并分析不同转移角度对燃料消耗的影响。此外，还会扩展到更复杂的转移策略，例如多圈转移、多椭圆转移，以及如何在非共面轨道之间进行交会或会合。本书强调了高效能机动的重要性。我们深入探讨了“比冲”和“特征速度”的概念，这是衡量推进系统性能的关键指标。在涉及变推力推进（如霍曼转移）之外，本书还将专门介绍低推力轨道机动技术，如利用太阳帆或离子推进器进行的渐近式轨道修正。这部分内容将涉及最优控制理论的初步应用，旨在最小化转移时间或燃料消耗。对于空间站的轨道维持与交会对接操作，本书提供了详细的动力学模型。我们将讨论轨道维持所需的微小推力补偿，以及如何利用相对导航和动力学模型实现航天器之间的精确接近与对接。第三部分：空间任务的动力学设计从近地轨道到深空探测，每一种任务类型都有其独特的动力学挑战。本书将动力学原理应用于具体的航天任务设计中。发射与入轨：分析火箭发射过程中，如何进行“重力转向”（Gravity Turn）以最小化大气阻力和逃逸速度损失，高效地将有效载荷送入预定轨道。行星际转移：深入讲解“会合周期”的概念，并详细分析如何利用“引力助推”（Gravity Assist）或“弹弓效应”来改变航天器的速度和方向，显著节省深空任务的燃料。我们将探讨如何利用拉格朗日点（L-points）进行空间站部署或观测任务。轨道选择与星座设计：对于通信、导航或遥感任务，需要部署卫星星座。本书将讨论如何设计同步轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）和低地球轨道（LEO）的星座布局，以确保全球或特定区域的连续覆盖。第四部分：航天器姿态动力学与控制除了轨道位置的控制，航天器的姿态——即其相对于惯性空间或地球的指向——同样关键。本书的最后一部分转向航天器的刚体动力学。我们将从牛顿-欧拉方程在旋转参考系中的应用开始，推导描述刚体运动的微分方程。详细介绍了描述航天器姿态的数学工具，包括欧拉角、旋转矩阵和四元数。四元数因其避免万向节死锁的特性，是姿态动力学分析中的重要工具。姿态控制部分将覆盖关键的执行器和传感器。执行器包括反作用轮（Reaction Wheels）、动量轮（Momentum Wheels）、磁力矩器（Magnetorquers）和推力器。传感器则包括太阳敏感器、陀螺仪和星敏感器。理论上，本书将阐述如何设计PID控制器、线性二次调节器（LQR）或鲁棒控制器，以实现对卫星姿态的精确稳定、指向和机动。特别关注了对地观测任务中对精确定位的要求。结论与展望本书的最终目标是培养读者将抽象的动力学原理转化为解决实际航天工程问题的能力。通过对理论推导、数值计算和实际案例的结合，读者将能够独立分析、设计和评估各类航天任务的轨道和姿态控制方案。本书所涵盖的知识体系不仅是现代航天工程的基石，也是未来深空探索和商业航天活动不可或缺的理论支撑。