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出版者:Silver Dolphin

作者:Jaspre Bark

出品人:

页数:12

译者:

出版时间:2009-4

价格:214.00元

装帧:Hardcover

isbn号码:9781592239085

丛书系列:

图书标签:

• 达芬奇
• 立体书
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• 探索
• 实践

航天动力学前沿探索 作者： 约翰·哈德森，艾米莉亚·里德 出版社： 星际视野出版社 出版年份： 2024 ISBN： 978-1-945678-34-2 --- 内容概要 《航天动力学前沿探索》是一部全面而深入的学术专著，致力于剖析当前航天工程领域中最具挑战性和创新性的动力学问题。本书内容聚焦于下一代空间任务的设计、实施与优化，涵盖了从高精度轨道预测到复杂多体系统控制的广泛主题。全书结构严谨，理论阐述详尽，并辅以大量最新的案例研究和仿真数据，旨在为高等院校的研究人员、空间机构的工程师以及致力于深空探索的科研人员提供一个前沿的参考平台。 本书并未涉及任何关于已发表的期刊论文集、特定发明记录或历史专利文献的讨论。其核心关注点完全集中于理论建模、算法开发和系统验证这些纯粹的动力学范畴。 --- 详细章节介绍 第一部分：高精度轨道理论与摄动分析 第一章：牛顿-欧拉框架下的精炼轨道确定 本章首先回顾了经典开普勒轨道理论的基础，随后迅速过渡到更为精细的摄动分析。重点讨论了当前主流的数值积分方法，如高阶龙格-库塔法（HRK）和预测-校正算法在处理非保守力场时的效率与精度。我们对地球引力场模型（EGM2020的扩展版本）的非球形分量进行了详细的敏感性分析，并提出了在低地球轨道（LEO）环境下，如何利用自适应步长控制策略将位置误差控制在厘米级别。本章特别强调了在进行长期轨道维持（Station-Keeping）规划时，对周期性误差源进行有效分离的技术。 第二章：空间碎片与微流星体碰撞风险的动力学建模 随着近地空间环境的日益拥挤，碎片碰撞的概率性分析成为轨道动力学的关键组成部分。本章建立了一个基于泊松过程的碰撞风险评估模型，该模型综合考虑了目标航天器姿态、碎片云密度分布（基于最新的空间态势感知数据）以及相对速度矢量。动力学模拟部分着重于“会遇窗口”的快速识别算法，以及在预警系统发出警报后，如何快速生成最小燃料消耗的规避机动轨迹。我们没有讨论任何关于碎片清除技术或被动防御结构的设计，仅专注于风险的定量预测。 第三章：多体引力场在深空任务中的应用 本章深入探讨了行星际任务中，太阳系内主要天体（行星、大型卫星）引力耦合的复杂性。我们构建了用于月球和火星附近高精度导航的“局部三体”模型的高级迭代解法。关键内容在于如何有效地将拉格朗日点附近的周期性轨道（如Halo轨道）的稳定性分析转化为一个低维度的特征值问题，以便在实时导航计算机上进行快速求解。这部分内容完全侧重于力学平衡和轨道保持的数学描述，不涉及任务的科学目标或载荷部署。 --- 第二部分：先进姿态控制与相对导航 第四章：刚体与柔性体耦合系统的非线性姿态动力学 对于大型空间站或未来桁架结构，必须考虑航天器本体刚性运动与展开式太阳能帆板、天线等柔性结构振动之间的耦合效应。本章采用了基于能量守恒原理的有限元方法来离散化柔性体的动力学方程，并将其嵌入到整体的六自由度刚体动力学框架中。重点研究了如何设计鲁棒的反馈控制器，以抑制由结构模态激发产生的有害振荡，确保高精度指向（Pointing）的实现。 第五章：相对动力学与编队飞行控制 在近距离自主交会对接（Rendezvous and Docking）或多星编队任务中，相对动力学的建模至关重要。本章详细分析了基于卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波（EKF）的相对状态估计方法，用于融合激光雷达、视觉传感器和惯性测量单元的数据。在控制律设计方面，我们专注于非线性模型预测控制（NMPC）在最小化燃料消耗的同时，确保碰撞避免约束的满足。所有讨论都局限于相对运动方程的求解与控制，没有涉及对接机构的机械特性。 第六章：磁力矩与引力梯度对姿态稳定的影响 对于远距离的立方星（CubeSat）或低功耗卫星，主动控制资源受限，常常需要依赖环境力矩进行姿态维持。本章精确量化了地球磁场与航天器磁矩相互作用产生的磁力矩，以及地球引力梯度对非球形航天器产生的周期性扭矩。基于这些环境力学的精确建模，本章提出了一种无源或极低能耗的主动阻尼控制策略，目标是在不使用反应轮的情况下，将姿态误差稳定在预设的阈值内。 --- 第三部分：推进系统与轨道机动优化 第七章：最优推力配置与轨迹优化 本部分是全书中最具计算密集性的部分，专注于如何利用变分法和庞特里亚金极大值原理来求解最优推进轨迹。我们探讨了在给定初始和终止状态约束下，如何最小化燃料消耗（最大化有效载荷）的轨迹优化问题。重点案例研究包括从LEO到地球同步轨道（GEO）的霍曼转移的扩展，以及行星际“重力助推”窗口的选择标准。算法层面，我们对比了基于配点法和直接谱方法在求解高度非线性、强约束的轨道机动问题时的收敛速度与鲁棒性。 第八章：脉冲推进与有限推力机动的对比分析 传统的轨道转移通常假设为瞬时脉冲（如Hohmann转移）。然而，现代电推进系统（如离子推力器）产生的是持续的、低推力的作用。本章建立了一个数学模型，系统地比较了在特定转移时间窗内，脉冲控制与有限推力控制在所需总速度增量（$Delta V$）和转移时间上的权衡。内容严格限制在推进剂消耗与时间成本的动力学平衡分析，不涉及任何特定推进器的技术规格或热力学效率。 第九章：低推力捕获与制动动力学 对于首次进入火星或小行星轨道的探测器，低推力（如太阳能电推力器）的长时间制动过程是极其复杂的动力学问题。本章阐述了如何利用解析近似解（如准周期平均模型）来预估捕获轨道的大致形态，随后使用高精度数值方法验证并精修最终的捕获轨迹。我们特别关注了在制动过程中，轨道偏心率和近拱点高度随时间演化的动力学特性，确保航天器能够安全地进入预定工作轨道，避免因持续推力作用导致的轨道逃逸风险。 --- 总结 《航天动力学前沿探索》聚焦于空间系统运动的数学描述、力学分析与控制算法的开发。全书旨在推进对复杂空间环境的定量理解和精确控制能力，为下一代自主导航、编队飞行和深空探测任务的成功奠定坚实的理论基础。全书的范围严格限定于经典力学、轨道力学、姿态动力学和控制理论的交叉领域，不包含任何与特定实验装置、具体技术发明专利或商业化产品开发相关的内容。

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书中关于城市规划和可持续发展的章节，展现了作者对未来社会形态的深刻思考。他不仅介绍了智能交通系统、绿色建筑等新兴技术，还深入探讨了如何利用科技解决人口增长、资源短缺等全球性挑战。作者用生动的案例，描绘了未来智慧城市的蓝图，从自动驾驶汽车、无人机配送到垂直农场、能源自给系统，每一个细节都充满了想象力。他对于如何在城市发展中融入人文关怀和环境保护的探讨，也让我对未来的居住环境有了更加美好的憧憬。

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在生物技术和基因工程的章节里，《Journal of Inventions》展现出了作者对生命科学的深刻洞察。他不仅介绍了CRISPR-Cas9等基因编辑技术的最新进展，还对这些技术在疾病治疗、农业生产乃至人类进化等方面的应用前景进行了深入的探讨。作者在阐述复杂的基因组学概念时，运用了很多生动的例子，比如将DNA比作一本包含生命所有指令的“生命之书”，将基因编辑比作“生命编辑师”的操作。他对于基因技术可能带来的伦理争议和潜在风险的审慎态度，也让我对这项改变世界的技术有了更全面的认识，理解到科学的进步需要伴随着人文关怀和责任感。

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在信息技术和网络安全的部分，《Journal of Inventions》以一种非常超前的视角，探讨了量子计算、区块链以及下一代互联网的发展。作者将这些听起来高深莫测的概念，通过通俗易懂的语言和生动的比喻，展现了它们可能为我们带来的巨大变革。我特别欣赏作者对“去中心化”理念的解读，他用清晰的逻辑阐述了区块链技术如何能够重塑信任机制，以及它在金融、版权保护等领域的潜在应用。他也对网络安全日益严峻的挑战进行了深入分析，并对未来的防护技术进行了前瞻性的预测。

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这本书在工程技术领域的论述，尤其是关于人工智能和机器人技术的部分，真是令人激动不已。作者并没有停留在对现有技术的简单介绍，而是着眼于未来，对AI可能带来的社会变革进行了大胆的设想和审慎的分析。他探讨了AI在医疗、交通、教育等领域的潜在应用，同时也对潜在的伦理和社会挑战提出了深刻的思考。我尤其对作者关于“强人工智能”和“弱人工智能”的区分及其发展前景的讨论印象深刻。他提出的关于AI自主学习和决策能力的逐步提升，以及由此可能引发的对人类就业和社会结构的冲击，都引发了我对自己未来生活方式的深思。

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书中对于新能源技术，特别是核聚变和下一代太阳能电池的介绍，让我看到了人类应对能源危机的希望。作者并没有止步于对技术的描述，而是深入分析了这些技术在研发过程中所面临的重大挑战，以及它们一旦成熟可能带来的革命性影响。他对于核聚变反应堆的未来设想，以及对太阳能电池效率提升的各种创新尝试，都让我对科学家的智慧和毅力充满了敬意。他甚至还引用了一些历史文献，讲述了科学家们为了实现可控核聚变所付出的不懈努力，使得这段科学探索史更加生动感人。

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这本书真是让我大开眼界，尤其是在那些关于可持续能源和新型材料的部分。作者在解释那些极其复杂的科学原理时，并没有像许多其他科普读物那样，一味地堆砌专业术语，而是巧妙地运用了大量的类比和生动形象的比喻，让我这个非专业读者也能津津有味地读下去，甚至时不时会产生“原来是这样！”的豁然开朗的感觉。比如，在描述一种新型生物降解塑料的合成过程时，作者将其比作一个精密的生物化学反应流水线，每一个步骤都如同流水线上的一道工序，有条不紊，环环相扣。他甚至还加入了一些历史背景的叙述，讲述了这项技术的起源和发展过程中遇到的种种挑战，这让整个故事线更加丰富，也让我对科学家们面对未知时的勇气和智慧有了更深的敬佩。

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《Journal of Inventions》在人类认知科学和脑科学领域的探索，让我对大脑的奥秘有了全新的认识。作者详细介绍了脑成像技术、神经反馈训练以及脑机接口等前沿技术，并展望了它们如何帮助我们更好地理解意识、记忆和学习。他用极其引人入胜的方式，描绘了大脑神经元之间复杂的信号传递，以及如何通过技术手段增强人类的认知能力。我尤其对作者关于“意识上传”的科幻构想进行了深入的解读，他以严谨的科学逻辑，分析了这项技术在理论上的可能性以及可能带来的深刻哲学意义。

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《Journal of Inventions》在医疗健康领域的创新探索，让我对未来的疾病诊断和治疗充满了信心。作者详细介绍了基因测序、精准医疗、纳米医疗等前沿技术，并展望了它们如何彻底改变我们对抗疾病的方式。他用极其细腻的笔触，描绘了从基因层面理解和干预疾病的可能性，以及纳米机器人如何在体内精准靶向治疗癌细胞的未来场景。我尤其对作者关于“再生医学”的讨论印象深刻，他详细介绍了利用干细胞技术修复受损组织和器官的最新进展，这无疑为许多饱受疾病折磨的患者带来了新的希望。

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《Journal of Inventions》在材料科学方面的论述，给我带来了极大的启发。作者详细介绍了石墨烯、超材料等新型材料的独特性能及其在各个领域的应用潜力。他用极其精炼的语言描绘了这些材料如何改变我们的生活，从更轻便耐用的电子设备到更高效节能的建筑材料。我特别被作者对“智能材料”的描述所吸引，那些能够根据外部环境变化而改变自身属性的材料，听起来就像是科幻小说中的设定，但作者却用严谨的科学逻辑将其一一解析，并展望了它们在未来可穿戴设备、自修复结构等方面的无限可能。

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我一直对宇宙的奥秘充满好奇，而《Journal of Inventions》在天文学和空间探索的章节中，则将这份好奇心推向了新的高度。作者并没有仅仅罗列已知的行星和星系，而是深入探讨了那些尚未被我们完全理解的现象，比如暗物质和暗能量的本质，以及宇宙膨胀的动力学。他呈现的不仅仅是科学事实，更是一种探索的精神，一种对未知世界永不满足的求知欲。我特别喜欢他在描述黑洞形成过程时所使用的文字，那种宏大叙事和细腻笔触的结合，仿佛将我置身于宇宙的洪荒之中，感受着时空的扭曲和引力的无形之手。他还会引用一些经典的天文观测数据，并用通俗易懂的方式解读其背后的意义，让我对我们所处的宇宙有了更加深刻和宏观的认识。

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里面是达芬奇各种发明的立体模型，手写体笔迹，太精美了！不适合送给小孩子因为很容易弄坏，留着送给我未来的工程师男盆友haha~

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