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出版者:Microcosm Press/Springer

作者:David A. Vallado

出品人:

页数:1055

译者:

出版时间:2007-4-20

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9781881883142

丛书系列:

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《天体动力学与应用基础》图书简介 内容提要 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的天体动力学基础知识体系。它不仅涵盖了从开普勒定律到卫星轨道机动设计的经典理论框架，更紧密结合了现代航天任务的实际需求，侧重于理论与工程应用的有效衔接。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在保证学术严谨性的同时，兼顾工程实践的可操作性。 第一部分：轨道力学基础与基础运动定律 本部分内容聚焦于天体力学分析的基石。我们从牛顿万有引力定律出发，建立二体问题的基本微分方程。详细阐述了开普勒三大定律的数学表述及其物理意义，这是理解任何轨道运动的起点。 随后，引入了描述轨道形状和大小的关键参数——轨道要素（Orbital Elements）。我们系统地定义和推导了六个开普勒轨道要素（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），并探讨了它们在描述椭圆、抛物线和双曲线轨道中的应用。着重分析了如何利用这些要素在不同参考系之间进行坐标转换，特别是地心惯性系（ECI）与地心固定系（ECEF）的相互转化。 为了更精确地描述航天器在地球附近（近地空间）的运动，本部分详细分析了地球非球形重力场的影响。通过引入重力场球谐系数（如J2项），解释了地球扁率如何导致轨道面（特别是升交点和近地点）的长期摄动。这为后续分析更复杂的长期轨道维持问题奠定了理论基础。 第二部分：轨道机动与传递 本部分是连接理论与任务设计的核心桥梁。内容从最基本的轨道改变原理——霍曼转移（Hohmann Transfer）开始，详细分析了实现两个共面圆轨道之间转移所需的最小能耗和速度增量（ΔV）。随后，将该理论扩展到非共面转移，包括倾角改变和升交点定位操作，并探讨了在实际任务中如何优化这些机动以节省燃料。 深入研究了更为复杂的轨道机动技术，包括： 1. 双椭圆转移（Bi-Elliptic Transfer）：在特定条件下，探讨其与霍曼转移的能效权衡。 2. 拉格朗日点理论基础：虽然未深入到混沌理论，但简要介绍了拉格朗日点（L1到L5）的平衡特性及其在深空探测任务中的潜在价值。 3. 轨道摄动下的维持策略：讨论了地球大气阻力（针对低地球轨道 LEO）和太阳光压（针对高轨道或卫星群）对轨道寿命的影响，并提出了轨道维持机动（Station-Keeping）的基本概念和计算方法。 第三部分：轨道确定与观测基础 精确的轨道确定是所有空间任务成功的先决条件。本部分详细介绍了如何利用地面观测数据来反演和更新航天器的轨道状态。 首先，阐述了主要的观测类型，包括地心距离（Range）和方位角/仰角（Azimuth/Elevation）测量。然后，引入了二体初值问题（Two-Body Initial Value Problem）的数值求解方法，如龙格-库塔法（Runge-Kutta methods），用于预测未来轨道。 核心内容集中于轨道确定（Orbit Determination）的基本方法论。详细介绍了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）在迭代改进轨道预报中的应用，特别是扩展卡尔曼滤波（EKF）在处理非线性动力学模型时的优势。通过讲解最小二乘法（Least Squares Estimation）和迭代逼近技术，读者将理解如何从一组不完全和带有噪声的观测数据中，估计出航天器的六维状态向量（位置和速度）。 第四部分：非二体动力学与高级摄动分析 为了更贴近实际的航天任务环境，本部分转向分析超出理想二体模型的复杂动力学环境。 我们系统地分析了主要的摄动力（Perturbing Forces）： 1. 地球非球形重力场：深入分析了 $J_2$ 摄动导致的长期进动效应，并将其引入到平均轨道要素的演化方程中。 2. 大气阻力模型：提供了适用于近地轨道（LEO）的经验和物理模型（如Jacchia模型），解释了如何计算阻力引起的轨道衰减率，并强调了其对轨道寿命预测的关键性。 3. 其他微小摄动：简要讨论了太阳光压和三体系统（如地月系统）对深空探测器轨道的间接影响。 本部分强调了使用平均化方法（Averaging Methods）来处理周期性摄动，以便在不进行大量数值积分的情况下，得到轨道要素随时间的平滑演化趋势，这对于长期任务规划至关重要。 第五部分：航天器姿态动力学概述 虽然本书的核心是轨道动力学，但理解航天器的姿态（Orientation）同样重要。本部分提供了航天器姿态描述的数学工具： 1. 欧拉角与四元数：对比了描述三维旋转的两种主要数学工具，并指出了四元数在避免万向节死锁（Gimbal Lock）方面的优势。 2. 刚体动力学基础：介绍了牛顿-欧拉方程在航天器姿态动力学中的应用，以及转动惯量张量（Moment of Inertia Tensor）的概念。 3. 简单的姿态机动：初步探讨了外部力矩（如地球磁矩、推进器脉冲）对姿态的影响，以及最基础的姿态控制概念。 目标读者与特色 本书主要面向航空航天工程专业的高年级本科生、研究生，以及从事卫星设计、轨道规划和空间任务分析的工程师和研究人员。 本书的特色在于： 理论与工程的平衡：每一个理论概念后都紧跟具体的工程应用案例或计算示例。 数学推导的完备性：确保读者能够理解从基本原理到复杂公式的每一步推导。 侧重实用计算：强调数值方法和计算工具在解决实际天体力学问题中的作用。 通过阅读本书，读者将能够熟练地分析航天器的轨道运动，设计基本的轨道转移策略，并理解现代空间任务中轨道保持和精确导航所依赖的核心动力学原理。

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这本书在讲解复杂概念时，采用了多种不同的叙述方式，这使得它能够满足不同层次读者的需求。对于初学者，它提供了清晰的定义和基础的讲解，循序渐进地引导他们进入这个领域。而对于有一定基础的读者，它则深入挖掘理论的细节，并提供了更高级的分析方法和应用案例。我发现，书中对于一些关键的物理现象，会从不同的角度进行解释，例如，它可能会先用一个通俗易懂的类比来阐述基本原理，然后引入数学模型进行精确描述，再通过实际案例来展示其应用。这种多角度的叙述方式，使得我能够从不同层面去理解同一个概念，从而获得更深刻的认识。我曾经在其他书中遇到过，某个概念讲解得过于晦涩，或者过于浅显，而这本书则在这方面做得相当出色，它在保证学术严谨性的同时，也兼顾了可读性。我能够想象，这本书会成为从学生到专业人士的宝贵参考资料，因为它能够适应不同读者的知识背景和学习需求。

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阅读这本书的过程，让我深刻体会到了“融会贯通”的意义。它不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维方式的培养。作者在讲解过程中，非常注重知识点之间的联系，他们会不断地将新的概念与之前学到的内容联系起来，帮助读者建立起一个完整的知识体系。例如，在讲解“引力梯度”时，作者会回顾之前学到的“万有引力定律”，并且进一步解释引力梯度是如何影响航天器的姿态控制的。这种“温故而知新”的学习方式，让我感到学习过程非常高效且富有成效。我发现，每当我对某个概念感到困惑时，回过头去查阅之前的章节，往往能够找到清晰的解释，或者新的视角来理解。作者仿佛知道读者在学习过程中可能会遇到的难点，并且提前做好了铺垫和引导。这种精心设计的学习路径，让我能够更顺利地克服学习中的障碍，不断前进。我尤其欣赏它在引入新概念时，所使用的类比和比喻，它们能够有效地将抽象的物理现象，转化为我更容易理解的具象概念，从而加深我对知识的理解。

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这本书所涵盖的内容，让我对航天动力学这门学科有了更全面、更深入的认识。它不仅仅局限于理论知识，更是将这些知识与实际应用相结合，让我看到了航天动力学在现代科技发展中的重要地位。从最基础的轨道力学，到复杂的轨道机动设计，再到空间任务的规划，这本书几乎涵盖了航天动力学的所有核心领域。我能感觉到，作者们将他们多年的学术研究和实践经验，都倾注在了这本书中。他们不仅分享了知识，更分享了他们对这门学科的热情和理解。我从中学习到的不仅仅是公式和理论，更是一种探索未知、挑战极限的科学精神。我甚至开始思考，这本书的价值，不仅仅体现在其学术内容本身，更在于它所能够激发起的，读者对于太空探索的无限好奇心和求知欲。它是一扇门，引领我去发现更广阔的宇宙。

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初次捧起这本书，我的目光就被它沉甸甸的体量所吸引，这绝非一本可以轻松“读完”的书，而更像是一座需要细细攀登的山峰，每一页都承载着对宇宙运动规律的深刻洞察。翻开目录，那一连串的章节标题，从“轨道力学基础”到“轨道机动设计”，再到“空间任务规划”，无不彰显着其内容的系统性和全面性。我注意到，这本书并非简单地罗列公式和理论，而是以一种非常逻辑性的方式，逐步引导读者进入航天动力学的世界。每一个概念的引入都显得恰到好处，仿佛作者在一步步搭建一座知识的桥梁，将复杂的物理原理和数学模型，以一种易于理解的路径呈现出来。我尤其欣赏它在概念讲解时的严谨性，每一个定义都清晰明确，每一个定理的推导都一丝不苟，让人在学习过程中能够建立起扎实的基础。我曾经在其他一些相关书籍中遇到过概念模糊或者跳跃的情况，而这本书则极大地避免了这些问题，让我在理解核心概念时感到异常顺畅。而且，我能感受到作者在组织内容上的深思熟虑，他们并非随意地将知识点堆砌在一起，而是根据知识体系的内在逻辑，将相关内容有机地串联起来，使得整体的学习曲线更加平缓，学习效率更高。这种精心设计的结构，对于我这样希望系统性地掌握这门学科的人来说，是极其宝贵的。

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我必须赞扬这本书在数学表达上的精准性和专业性。在航天动力学领域，数学是不可或缺的语言，而这本书在这方面做得无可挑剔。书中出现的每一个数学公式，都经过了严谨的推导和验证，其表达方式也符合学术界的通用规范。作者在引入数学公式时，不仅仅是简单地罗列，而是会详细解释每一个符号的含义，每一个方程的物理意义，以及它们是如何从基本原理推导出来的。这种对数学细节的关注，让我能够建立起对公式的深刻理解，而不是仅仅停留在表面记忆。此外，书中还提供了丰富的数学工具和方法，例如，对于求解微分方程的方法，它会介绍几种不同的数值解法，并分析它们的优缺点。这对于我这样需要进行实际计算的学习者来说，是非常有价值的。我能够感受到，作者在这方面投入了巨大的精力，他们不仅仅是想传达知识，更是想培养读者严谨的科学思维和解决问题的能力。

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这本书在细节的处理上，给我留下了极其深刻的印象。例如，书中出现的每一个公式，不仅仅是冷冰冰的数学表达，往往都伴随着详尽的物理意义解释和推导过程。作者仿佛在用一种对话的方式，引导读者去理解公式背后的含义，而不是仅仅要求我们去记忆和套用。他们会花时间解释每一个变量的含义，每一个符号的由来，以及这个公式在实际应用中扮演的角色。这种“抠细节”的风格，对于我这样希望真正理解而非死记硬背的学习者来说，简直是如获至宝。我甚至发现，书中有一些图表的绘制，也是极其用心。并非简单的示意图，而是包含了关键的标注、比例尺，甚至是坐标轴的含义解释。这些图表并非为了填补版面，而是为了更直观地辅助理解抽象的物理概念。我曾经在学习某些复杂的三维运动时，因为缺乏直观的图示而感到困惑，而这本书在这方面做得非常出色，能够帮助我快速建立起空间想象。此外，书中的例子也十分丰富，并且紧密结合了实际的应用场景，这使得我能够将学到的理论知识，与现实世界的航天任务联系起来，获得一种“学有所用”的成就感。我能想象，作者在编写过程中，一定花费了大量的时间去打磨每一个细节，确保信息的准确性和传达的有效性。

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这本书的封面设计，我第一次看到时就觉得它散发着一种严谨又充满探索精神的气息。深邃的蓝色背景，点缀着几颗闪烁的星辰，中央则是清晰的、略带复古风格的衬线字体，标题“Fundamentals of Astrodynamics and Applications”本身就带着一股引人入胜的魔力，仿佛召唤着我去探索宇宙的奥秘，去理解那些驱动航天器在浩瀚星空中飞行的基本原理。我尤其喜欢它字体的选择，既不过于花哨，也不显得过于单调，恰到好处地传达了科学的庄重感和探索的激情。拿在手里，书的质感也相当不错，纸张的厚度和印刷的清晰度都令人满意，翻阅起来有一种顺滑的触感，这对于需要经常查阅和做笔记的我来说，是非常重要的考量。封面上没有任何多余的装饰，没有浮夸的宣传语，只有书籍的名称，这种简洁有力的方式反而让我觉得更加信服，仿佛它自信地展示着其内容的价值，而非依赖于外部的包装。我甚至想象，这本书的作者，在设计封面时，一定也投入了不少心血，试图将这本书所承载的知识精华，通过视觉的方式传达给潜在的读者，而不仅仅是内容的堆砌。它给我的第一印象，就是一本值得认真对待、深入研究的学术专著，它不仅仅是一本“书”，更像是一扇通往星辰大海的窗口，等待我去推开。我迫不及待地想翻开它，开始我的学习之旅，去感受那些文字背后所蕴含的智慧和力量。

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我特别喜欢这本书在理论深度和实际应用之间的平衡。它并非仅仅停留在抽象的数学推导，而是不断地将理论与“Applications”紧密结合，这对于我这样一个既想了解基础原理，又希望看到实际成果的学习者来说，是极具吸引力的。书中会详细阐述如何将抽象的动力学方程应用于实际的轨道设计、变轨计算，甚至是对航天器故障的分析。这些应用场景的引入，让我在学习过程中，能够不断地看到理论的价值和意义，感受到航天动力学是如何支撑起我们对于太空探索的宏伟蓝图。例如，在讲解轨道稳定性时，作者不仅仅会给出数学上的判据，还会分析不同轨道环境下可能出现的摄动，以及这些摄动对航天器长期运行的影响，并给出相应的规避策略。这种从理论到实践的无缝衔接，让我觉得这本书的价值远超一般的教科书，它更像是一位经验丰富的导师，在指导我如何将知识转化为解决实际问题的能力。我能够想象，在航天机构中，工程师们在设计任务时，会反复查阅这本书中的相关章节，因为它提供的不仅仅是理论，更是解决实际问题的思路和方法。

评分☆☆☆☆☆

我在这本书中，最受启发的一点是作者对于“应用”的强调。他们并非仅仅停留在对理论的阐述，而是不断地引导读者思考，这些理论如何在现实世界中发挥作用。书中大量的案例研究和应用场景的分析，让我能够清晰地看到，航天动力学是如何支撑起我们今天所看到的各种太空任务的。从卫星的发射和轨道保持，到深空探测器的导航和变轨，再到空间站的运行和对接，每一个成功的太空项目背后，都离不开航天动力学的精密计算和巧妙设计。作者在讲解每一个理论概念时，都会思考其可能的应用，并给出相应的例子。这种“学以致用”的教学方式，极大地激发了我的学习兴趣，也让我对这门学科的重要性有了更深刻的认识。我甚至开始憧憬，在未来的某一天，我也能够运用书中所学的知识，为人类的太空探索贡献一份力量。这本书不仅仅是一本教材，更是一本激励人心的指南。

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这本书的排版设计，也是我非常欣赏的一点。书本的大小适中，非常便于携带和翻阅。字体清晰，行间距合理，阅读起来一点也不费眼。更重要的是，书中大量的图表和公式，都得到了良好的排版，不会出现拥挤或者混乱的情况。我曾经读过一些排版混乱的书籍，导致阅读体验极差，而这本书则完全避免了这些问题。图表的标注清晰明了，公式的对齐工整，每一部分内容都恰到好处地呈现在读者面前。这种精心设计的排版，不仅提升了阅读的舒适度，也间接地帮助我更好地理解书中的内容。我能够想象，作者和出版社在这方面进行了大量的沟通和调整，以确保最终的成品能够达到最佳的阅读效果。甚至，书中一些章节的划分和段落的组织，也体现了精心的排版考量，使得信息层次分明，易于消化。

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后悔没有读完T_T

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