Astrodynamics, 1989 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Amer Astronautical Society

作者:Aas

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1990-08

价格:USD 200.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780877033172

丛书系列:

图书标签:

• 天体力学
• 航天动力学
• 轨道力学
• 空间飞行
• 卫星轨道
• 轨道计算
• 天体运动
• 航天工程
• 经典力学
• 数学物理

航天动力学：探索星际旅行的理论基石 内容简介 本书深入探讨了航天动力学的核心理论与实际应用，旨在为读者提供一个全面而深入的理解，涵盖了从基础轨道力学到复杂的多体问题求解的各个层面。本书的重点在于建立严谨的数学框架，并将其应用于现代航天任务的设计、规划与执行中。 第一部分：基础轨道力学与二体问题 本书首先回顾了开普勒定律在描述天体运动中的基本作用，并引入了牛顿万有引力定律作为理论的基石。核心内容聚焦于二体问题的解析解，这是所有航天动力学分析的起点。我们详细推导了椭圆、抛物线和双曲线轨道的几何特性，重点阐述了轨道根数（Orbital Elements）的定义与相互转换。这部分内容包括： 轨道表示法： 开普勒七大根数、笛卡尔坐标系与轨道根数的转换。 轨道机动： 分析了霍曼转移轨道、双椭圆转移以及简单平面内变轨的效率与耗散。特别讨论了双脉冲变轨（Hohmann Transfer）在行星际任务规划中的理论基础。 摄动理论的初步： 简要介绍了二体模型在实际应用中的局限性，引入了拉格朗日微扰方程的基本形式，为后续的摄动分析奠定基础。 第二部分：空间中的相对运动与轨道传播 精确预测航天器在轨位置是任务控制的关键。本部分深入研究了从一个参考系到另一个参考系的坐标转换，特别是惯性系与地固系之间的转换，这对于地面站跟踪和姿态确定至关重要。 四元数与旋转矩阵： 详细探讨了使用四元数表示空间姿态的优势，包括避免万向节死锁（Gimbal Lock）和简化轨道传播的数值稳定性。推导了姿态传播方程，并讨论了欧拉角、方向余弦矩阵与四元数之间的关系。 轨道传播方法： 比较了解析法、数值积分法（如龙格-库塔法、蛙跳法）在不同精度要求下的适用性。强调了高精度轨道传播中需要考虑的摄动力模型。 限制性三体问题（Restricted Three-Body Problem, RTBP）： 作为连接二体问题和多体问题的桥梁，本书对RTBP进行了深入分析。详细阐述了拉格朗日点（Lagrange Points）的物理意义、计算方法及其在特定任务（如Halo轨道）中的应用潜力。讨论了欧拉坐标系下的动力学行为，引入了雅可比常数（Jacobi Constant）的概念。 第三部分：摄动力学与高精度轨道确定 在实际的近地轨道（LEO）和深空任务中，航天器的轨迹受到多种非保守力和非理想引力场的显著影响。本部分着重于量化和建模这些摄动因素。 地球引力场模型： 详细介绍了球谐函数（Spherical Harmonics）在描述地球非球形引力场中的应用。解释了重力场系数（Geopotential Coefficients）的物理意义，并重点分析了$J_2$项对近地卫星轨道的周期性影响（如升交点漂移）。 大气阻力建模： 针对LEO航天器，本书分析了不同大气密度模型（如NRLMSISE-00模型）的应用。推导了阻力加速度的矢量表达式，并讨论了如何将高阶阻力模型纳入轨道摄动方程的求解中。 其他摄动力： 分析了太阳辐射压（Solar Radiation Pressure, SRP）和月地引力对高轨道航天器的影响。讨论了地球质量瘤和潮汐力在长时间尺度上的效应。 第四部分：轨道机动与转移轨道优化 现代航天任务要求更高效、更灵活的轨道转移方案。本部分关注最优控制理论在轨道设计中的应用。 最优控制基础： 引入庞特里亚金最大值原理（Pontryagin's Maximum Principle）在推进剂最优化的框架。推导了沿特定轨迹的最小时间转移和最小燃料转移的必要条件。 低推力机动： 鉴于离子推进等低推力系统在深空任务中的重要性，本书详细分析了螺旋线转移轨道的特性。讨论了如何使用周期性微分校正技术来求解高效率的低推力轨迹。 航天器编队与会合： 探讨了近距离操作（Rendezvous and Docking）中的相对动力学。使用二阶近似（Clohessy-Wiltshire/Hill方程）来描述目标航天器附近的相对运动，并设计了用于保持相对位置的控制策略。 第五部分：轨道确定与状态估计 理解航天器的当前状态（位置、速度）是所有反馈控制和导航的基础。本部分专注于如何从观测数据中估计轨道。 观测方程： 详细分析了地面雷达、激光测距（SLR）和星载GPS接收机等观测数据模型，包括测量误差的统计特性。 卡尔曼滤波（Kalman Filtering）： 提供了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在非线性轨道状态估计中的应用实例。重点讨论了协方差矩阵的演化和状态向量的迭代更新过程。 批处理与最小二乘法： 讨论了如何使用最小二乘原理处理一组离散观测数据，以获得最佳轨道估计（Orbit Determination）。 本书的结构旨在引导读者从经典的解析解过渡到现代的数值优化和滤波技术，为从事卫星设计、行星际探测任务规划或空间态势感知的专业人员提供坚实的理论基础和实用的分析工具。

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读《Astrodynamics, 1989》的过程中，我最欣赏的是它在理论阐述上的严谨性与实践应用的结合。书中对于轨道力学方程的推导，虽然是基于当时的主流方法，但每一个步骤都清晰明了，逻辑链条完整。作者并没有满足于公式的罗列，而是花了相当大的篇幅去解释这些数学模型背后的物理意义，以及它们如何被用来预测和控制航天器的运动轨迹。尤其是在讨论变轨机动这一章节，书中详细分析了不同类型的轨道转移方式，例如霍曼转移、双椭圆转移等等，并用具体的算例来辅助说明。虽然这些方法在现在看来可能存在更优化的算法，但其核心思想和基本原理，在《Astrodynamics, 1989》中被阐释得淋漓尽致。我能够从中感受到，即使在技术相对有限的年代，科学家们是如何通过深刻的物理理解和巧妙的数学工具，来实现如此复杂的太空任务的。这种对基础理论的深刻洞察，对于任何想要深入理解航天动力学的人来说，都是无价的。它让你明白，再先进的技术，其根基都离不开这些经典而又坚实的理论框架。

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《Astrodynamics, 1989》在宇宙探索的叙事方面，独具匠心。它不仅仅是枯燥的数学和物理公式的堆砌，更是一部关于人类探索精神的史诗。在章节的过渡中，作者巧妙地融入了许多历史事件和科学成就，将枯燥的理论知识与激动人心的太空竞赛、里程碑式的科学发现联系起来。例如，在讲解星际探测器轨道设计的章节，作者会回顾“旅行者”号探测器穿越太阳系外围的壮举，让你不仅仅是学习如何计算轨道，更能感受到那些探测器在漫长旅途中所经历的艰辛与辉煌。这种将科学技术与人类探索故事相结合的方式，极大地激发了我的阅读兴趣，让我更加深刻地理解了星际动力学在推动人类文明进步中的重要作用。这本书让我看到了科学的冷峻理性背后，蕴含着多么热烈的求知欲和探索勇气，这是一种跨越时空的激励。

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让我印象深刻的是，《Astrodynamics, 1989》中关于航天器姿态控制的章节，展现了作者扎实的工程思维。在那个时代，虽然计算机算力远不如今天，但书中关于姿态稳定、轨道倾角控制的论述，依然充满了智慧。作者不仅讲解了各种控制原理，比如利用反作用轮、磁力矩器等，还深入探讨了不同控制策略在实际应用中的权衡。他详细分析了外部扰动（如太阳辐射压、地球磁场梯度）对航天器姿态的影响，以及如何通过设计合理的控制系统来抵消这些影响。虽然书中介绍的控制算法可能不如现代的自适应控制或最优控制那样先进，但其对基本物理原理的运用，以及对系统稳定性和精度的追求，都值得称道。阅读这部分内容，我仿佛能看到当年工程师们在资源受限的情况下，如何通过精密的计算和巧妙的设计，让那些庞大的金属结构在宇宙中稳定运行，完成预定的科学探测或通讯任务。这是一种对工程艺术的极致追求，令人肃然起敬。

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阅读《Astrodynamics, 1989》的整体感受，是一种在经典中寻觅智慧的宁静。这本书的语言风格，介于严谨的学术论述和通俗的科普读物之间，既保证了科学的准确性，又不会让非专业读者感到望而却步。作者的行文流畅，逻辑清晰，即使是涉及到复杂的轨道力学问题，也能被分解成易于理解的部分。书中对一些早期航天任务的案例分析，也让我对现实中的星际动力学应用有了更直观的认识。虽然书中提及的许多技术和计算方法，可能已经随着时间的推移而得到了改进和发展，但其所蕴含的基本原理和解决问题的思路，依然具有极高的参考价值。对于我而言，《Astrodynamics, 1989》更像是一部基石性的著作，它为我构建了一个坚实的理论框架，让我能够更好地理解和学习当前更为前沿的航天动力学知识。它让我体会到，经典之所以经典，在于它能够穿越时空，提供永恒的智慧。

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刚拿到这本《Astrodynamics, 1989》的时候，心里还真有点打鼓，毕竟“1989”这个年份，对于一个追求前沿科技的读者来说，总有点年代感。但翻开第一页，就彻底打消了我的顾虑。这本书的开篇，就以一种非常稳健但又不失生动的笔触，勾勒出了星际动力学的宏大图景。它没有一开始就抛出艰涩的公式和晦涩的理论，而是从历史的视角切入，娓娓道来这项学科是如何一步步发展至今的，中间穿插了许多令人着迷的故事，比如那些早期宇航先驱们如何凭借着大胆的设想和精密的计算，将人类的足迹延伸到更远的星辰大海。作者的语言非常有感染力，仿佛能让你置身于那个激动人心的年代，亲眼见证每一次成功的发射、每一次精准的轨道调整。更让我惊喜的是，书中对一些基础概念的解释，虽然是基于1989年的认知，但其逻辑清晰、层层递进的讲解方式，即使是初学者也能轻松理解。它就像一位经验丰富的导师，耐心地为你铺平通往深奥知识的道路，让你在不知不觉中，便对轨道力学、变轨机动等核心内容有了初步的认识。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一段引人入胜的科普旅程，让你在领略科学魅力的同时，也感受到人类探索宇宙的勇气和智慧。

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