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內容簡介

　　本教材以深空探測任務為背景，系統的介紹探測器在行星際飛行的軌道理論與方法。本書共分八章，第一章介紹行星際飛行軌道的基礎知識。第二章和第三章分別介紹航天器軌道的二體問題和三體問題。接下來的第四、五、六、七、八章是本教材的重點。第四章介紹行星際直接轉移軌道，這是深空探測任務采用的最基本的轉移軌道類型。第五章介紹行星借力飛行軌道，系統闡述了行星借力飛行軌道的基本原理與設計方法。第六章介紹連續(xù)小推力飛行軌道，重點討論了連續(xù)小推力軌道的建模與計算方法。第七章介紹行星際飛行軌道的優(yōu)化方法，重點闡述了微分修正、間接優(yōu)化、主矢量原理與直接優(yōu)化方法四種應用廣泛的數值方法。第八章結合深空探測任務實際，基于前面章節(jié)介紹的理論與方法，對近地小行星探測任務、載人火星探測任務和木星探測任務軌道進行了優(yōu)化設計與分析。本書可作為高等院校宇航相關專業(yè)學生的教學參考書，也可供從事宇航工程、航天器總體設計及有關專業(yè)的科技人員參考。

作者簡介

　　尚海濱，男，博士生導師，副教授。近年來，緊密圍繞國家小天體、月球、木星探測等重大工程需求，致力于深空探測關鍵技術—軌道動力學與控制方面的科研與教學工作。作為負責人主持國家自然科學基金（2項）、國家973計劃子課題（2項）、國家863計劃等多項國家ji科研項目；以第一作者或通訊作者發(fā)表學術論文40余篇；以第一或第二發(fā)明人申請國家發(fā)明專利11項；研究成果獲得國家科技進步二等獎一項（第三完成人）、國防科技進步二等獎一項（排名第六）、軍隊科技進步二等獎一項（排名第六）。

圖書目錄

目錄

第 1章行星際飛行軌道基礎知識

1.1 太陽系中的天體

1.2 牛頓力學

1.3 分析力學

1.3.1 拉格朗日方程

1.3.2 拉格朗日函數

1.3.3 哈密頓方程

1.4 天體的引力場描述

1.4.1 引力勢的一般描述

1.4.2 均勻球體的引力勢

1.4.3 均勻橢球體的引力勢

1.4.4 球諧函數展開描述

1.5 軌道的數值積分方法

1.5.1 歐拉方法

1.5.2 龍格-庫塔方法

參考文獻

第2章二體問題

2.1 N體問題

2.1.1 N體問題的動力學

2.1.2 N體問題的積分

2.2 二體問題的運動方程

2.3 角動量與能量守恒

2.4 開普勒定律

2.4.1 橢圓定律

2.4.2 面積定律

2.4.3 調和定律

2.5 飛行路徑角

2.6 橢圓軌道

2.6.1 圓軌道運動

2.6.2 橢圓軌道幾何

2.6.3 開普勒問題

2.6.4 蘭伯特問題

2.7 拋物線軌道

2.7.1 逃逸速度

2.7.2 飛行路徑角與真近點角

2.7.3 巴克方程

2.7.4 歐拉方程

2.8 雙曲線軌道

2.8.1 雙曲線軌道幾何

2.8.2 位置與時間關系

2.9 拉格朗日系數

2.9.1 級數形式

2.9.2 閉合形式

2.10 經典軌道根數

2.10.1 軌道根數的定義

2.10.2 軌道根數確定位置和速度

2.10.3 位置和速度確定軌道根數

參考文獻

第3章三體問題

3.1 三體問題運動方程

3.1.1 三體運動方程

3.1.2 三體系統特解

3.2 圓形限制性三體問題

3.2.1 基本假設與近似

3.2.2 會合坐標運動方程

3.3 拉格朗日平動點

3.3.1 平動點的計算

3.3.2 平動點的穩(wěn)定性

3.4 雅可比積分

3.5 零速度曲面

3.6 平動點附近周期運動

3.6.1 運動方程一階近似解

3.6.2 周期與擬周期軌道

3.7 不變流形

3.7.1 基本概念與結論

3.7.2 周期軌道的穩(wěn)定性

3.7.3 平動點的不變流形

3.7.4 周期軌道的不變流形

參考文獻

第4章行星際直接轉移軌道

4.1 圓錐曲線拼接原理

4.2 霍曼轉移軌道

4.2.1 兩圓軌道間兩脈沖轉移

4.2.2 兩圓軌道間三脈沖轉移

4.2.3 不相交圓與橢圓軌道間轉移

4.2.4 相交圓與橢圓軌道間轉移

4.2.5 行星際探測任務初始評估

4.3 行星軌道的會合周期

4.4 行星際轉移軌道的類型

4.5 行星際發(fā)射機會搜索

4.5.1 等高線圖搜索方法

4.5.2 發(fā)射能量等高線圖

4.5.3 火星發(fā)射機會分析

4.6 地球逃逸軌道

4.6.1 地球逃逸能量需求

4.6.2 逃逸雙曲線發(fā)射圓

4.6.3 地球逃逸軌道幾何

4.7 目標天體捕獲軌道

4.7.1 目標天體捕獲能量需求

4.7.2 固定軌道半長軸捕獲

4.7.3 固定軌道偏心率捕獲

4.7.4 捕獲軌道的傾角問題

4.7.5 B平面參數打靶方法

參考文獻

第5章行星借力飛行軌道

5.1 借力飛行的基本原理

5.2 借力飛行的機理分析

5.2.1 借力飛行的基本方程

5.2.2 角動量和能量變化量

5.2.3 借力效能的數值分析

5.3 v杠桿效應

5.3.1 行星共振借力飛行

5.3.2 地球共振杠桿類型

5.3.3 地球共振杠桿效應

5.4 氣動借力飛行技術

5.4.1 氣動借力飛行原理

5.4.2 氣動借力飛行模型

5.4.3 氣動借力參數分析

5.5 借力飛行軌道設計

5.5.1 引力輔助借力軌道

5.5.2 推力輔助借力軌道

5.5.3 氣動輔助借力軌道

5.5.4 深空機動借力軌道

5.6 借力序列初始評估

5.6.1 Tisserand準則

5.6.2 Tisserand圖方法

5.6.3 行星借力序列選擇

參考文獻

第6章連續(xù)小推力飛行軌道

第7章行星際飛行軌道優(yōu)化方法

第8章行星際任務軌道設計實例