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出版者:国防工业出版社（图书发行部）（新时代出版社）

作者:徐克俊

出品人:

页数:439

译者:

出版时间:2007-9

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787118052671

丛书系列:

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• 技术
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航天动力学与轨道设计 图书简介 本书系统阐述了航天器在太空中的运动规律、轨道设计原理与控制方法，是航天工程领域一本理论与实践紧密结合的专业著作。全书内容覆盖了从基础力学原理到复杂轨道机动的全过程，旨在为航天动力学、轨道力学、飞行力学及相关专业的研究人员、工程师和高年级学生提供深入、全面的参考资料。 第一部分：基础理论与运动学 第一章 卫星运动的牛顿万有引力定律与开普勒定律 本章首先回顾了经典力学在航天领域的应用基础，详细解析了牛顿的万有引力定律及其在卫星动力学中的数学表达形式。重点阐述了开普勒三大定律（椭圆轨道定律、面积速率定律、周期定律）的物理意义和数学推导过程。通过对理想二体问题的分析，确立了航天器轨道动力学的基本框架。引入了轨道参数的描述体系，包括轨道根数（如半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经等）的定义及其相互转换。 第二章 坐标系与变换 航天器轨道分析依赖于精确的空间定位和姿态描述。本章深入探讨了航天领域常用的几种重要坐标系，包括惯性参考系（如J2000标准历元系、地心惯性系ECI）和非惯性参考系（如地固坐标系ECEF）。详细介绍了不同坐标系之间的几何变换关系，包括欧拉角、四元数和旋转矩阵的运用。特别强调了在轨道传播和姿态控制计算中，坐标系选择对计算精度和效率的影响，并提供了在不同参考系下进行数值积分的初步方法介绍。 第三章 航天器轨道动力学方程 本章从拉格朗日方程和牛顿运动定律出发，推导了在引力场中航天器的运动微分方程。在理想二体模型下，方程的精确解析解被给出，即标准的开普勒轨道。随后，引入了实际工程中的摄动力模型，包括地球非球形引力摄动（$J_2$效应）、太阳和月球的引力摄动、大气阻力、光压等。重点分析了地球非球形引力对轨道参数的长期影响，特别是近地点和升交点的漂移现象，这是航天器轨道保持和寿命预测的关键因素。 第二部分：开普勒轨道分析与轨道传播 第四章 轨道根数与轨道描述 本章详细分类和解释了描述椭圆、抛物线和双曲线轨道的六根参数法（Keplerian Elements）及其在轨道机动计算中的应用。此外，引入了平均根数（Mean Elements）和真实根数（Osculating Elements）的概念，解释了它们在处理摄动效应时的差异。通过实例演示如何根据瞬时位置和速度矢量精确计算出轨道的六根参数。 第五章 轨道传播方法 轨道传播是确定航天器未来位置的核心任务。本章对比了多种轨道传播方法： 1. 解析方法（高斯平均法与变分方程法）： 适用于小摄动或低精度要求下的长期预报，重点讲解了利用平均轨道根数的变化率来预测轨道演化。 2. 数值积分方法（数值积分）： 针对高精度、强摄动环境下的精确跟踪需求，系统介绍了龙格-库塔法（Runge-Kutta Methods）及其在高阶积分中的优化应用，讨论了步长选择和误差控制策略。 3. 半解析方法（如Cowell方法与Encke方法）： 分析了如何在考虑复杂摄动的同时，保持较高的计算效率。 第六章 周期性轨道与稳定轨道 本章探讨了在特定轨道动力学模型下可能出现的周期性解，包括近圆轨道和近圆形轨道周围的微小扰动振荡。介绍了如何通过摄动分析确定轨道保持（Station Keeping）所需的推力大小和频率。针对地球同步轨道（GEO）和近地轨道（LEO）的特殊性，分析了其轨道稳定性特征和易受干扰的区域。 第三部分：轨道机动与转移 第七章 霍曼转移与轨道根数变化 轨道机动是实现任务目标的基础。本章详细推导了最基础、最高效的霍曼转移轨道（Hohmann Transfer）的理论，包括转移时间、转移所需的总速度增量 ($Delta V$)。随后，将此概念推广到不同类型轨道的转移，如近地轨道到地球同步转移轨道（GTO）的机动序列。 第八章 轨道根数变化计算与速度增量优化 本章侧重于利用速度增量（$Delta V$）来改变特定的轨道根数。推导了改变轨道倾角、升交点赤经、偏心率和近地点幅角所需的精确 $Delta V$ 计算公式。引入了最小能耗（Minimum Energy）和最小时间（Minimum Time）的概念，讨论了在有限燃料约束下如何优化轨道机动的设计，包括两冲量、三冲量等复杂转移策略。 第九章 捕获与交会（Rendezvous and Docking） 本章将理论应用于实际任务场景。首先阐述了航天器之间的相对运动方程（如Clohessy-Wiltman方程，用于近距离机动）。详细分析了如何设计一系列轨道机动来实现目标航天器的接近、跟踪和最终的交会过程。讨论了轨道相位匹配、目标跟踪以及在不同相对速度下实现安全对接所需的控制策略。 第四部分：特殊轨道与高阶摄动 第十章 停泊轨道与地球同步轨道设计 详细分析了地球同步轨道（GEO）的特性，包括零倾角、周期24小时的要求。讨论了如何利用地球同步转移轨道（GTO）作为中转站，通过近地点或远地点的点火将轨道推向GEO。分析了GEO上航天器在非理想引力场中会发生的轨道漂移（如8字形运动）及其保持技术。 第十一章 极地轨道与太阳同步轨道（SSO） 针对遥感和对地观测任务，本章重点介绍了太阳同步轨道（SSO）的设计原理。解释了如何通过精心选择轨道倾角，使得航天器的升交点在太阳的周年运动中保持近似不变，从而保证每次过境地面观测目标时，太阳照射角度相似。给出了计算实现SSO所需的精确倾角和轨道高度的方法。 第十二章 摄动效应的长期影响与轨道寿命预测 本章回归到实际工程的长期考量。深入分析了大气阻力模型（如NRLMSISE-00模型）在不同高度和太阳活动水平下的应用，以及其对低轨航天器轨道衰减的影响。讨论了如何利用摄动分析工具包（如STK或GMAT）对数年乃至数十年的轨道演化进行数值模拟和寿命预测，为航天器退役设计提供依据。 全书配有大量数学推导和实际案例分析，旨在使读者全面掌握航天器在轨道运行中的运动规律和控制技术。

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我花了相当长的时间去理解书中关于“系统级可靠性评估”的章节，试图从中找到一些突破性的见解，尤其是关于跨学科数据融合的描述。毕竟，现代航天发射是一个涉及机械、电子、热力学、流体动力学等多领域的集成工程。我期望看到的是利用深度学习方法，将遥测数据流、地面测试数据和历史维修记录进行深度挖掘，从而构建出更具预测性的诊断模型。然而，书中对人工智能在故障诊断中的应用描述，似乎停留在较早期的阶段，主要集中在专家系统和基于规则的推理上。关于卷积神经网络（CNN）或循环神经网络（RNN）如何有效提取高维时序数据中的微小异常特征，以及如何应对航天数据标注困难的问题，书中鲜有提及。这让我感觉，这本书的内容更新速度可能没有跟上近五年航天诊断技术飞速发展的步伐。它像是在为上一个十年的技术积累做一次总结，而非展望下一个十年可能采用的主流技术路径。因此，对于追求技术前沿的读者而言，这本书提供的“新知”相对有限，更多的是对现有成熟方法的梳理和归纳。

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这本书的阅读体验，仿佛是走在一条铺设精美的理论大道上，四周风景壮丽，却少有岔路通向那些布满尘土和汗水的工程实践现场。我原本期待能看到火箭发射前，不同子系统间的电磁兼容性（EMC）测试数据分析，以及如何利用振动和声学数据来预判结构疲劳。但遗憾的是，书中对这些前沿技术的探讨显得较为浅尝辄止。它更侧重于建立一个自上而下的诊断体系框架，强调的是逻辑的完整性与覆盖面，而不是针对特定高风险部件（如：固体火箭助推器点火系统、液氧煤油主发动机涡轮泵）的特异性诊断方法。比如，在讨论软件故障诊断时，书中介绍了经典的有限状态机（FSM）模型，但在如何处理复杂的、非线性的分布式控制系统中的“幽灵故障”——那些只出现一次、难以复现的瞬时错误——时，给出的解决方案显得过于理想化，未能充分体现航天系统运行环境的极端复杂性。对于那些期待从中挖掘出“独门秘籍”的专业人士来说，这本书更像是一本优秀的教材入门读物，而非一本解决疑难杂症的参考宝典。

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深入阅读后，我发现书中对“故障隔离”流程的描述略显冗长且缺乏针对性。在一个紧张的发射倒计时环境中，时间就是生命线，诊断的核心在于快速、准确地将故障范围从整个系统缩小到特定的模块甚至单个元件。我本想寻找关于“基于模型的诊断”（MBRD）在实时反馈控制回路中的具体实现细节，比如如何通过求解微分方程组的残差来快速判断是传感器失真、控制器饱和还是执行器卡滞。这本书虽然提到了MBRD的理论优势，但后续的章节更多地转向了对不同故障分类（如瞬时故障、持续性故障、间歇性故障）的传统定义和特征分析。这种对概念的过度阐释，稀释了对关键诊断步骤的描绘。我更希望看到的是一系列流程图，明确指出在哪些传感器读数异常的阈值下，系统应自动触发哪一级的隔离脚本，以及每一步操作的时间预算。书中给出的诊断路径更像是实验室环境下的逐步排除法，而非高压下并行处理的优化策略，这使得它在指导高强度、高实时性要求的工程实践时，显得有些力不从道。

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总的来说，这本书的学术价值无疑是存在的，它提供了一个结构化的视角来理解“航天发射故障诊断”这一宏大主题。从体系结构的角度来看，它成功地构建了一个理论的骨架。但是，对于我这种希望将理论知识转化为解决实际问题能力的读者而言，它缺乏“血肉”。书中缺少那种让人拍案叫绝的、特定于航天领域的独特工程智慧——那些依靠无数次失败和成功经验积累下来的“诀窍”和“黑箱”处理技巧。例如，关于极端低温对电子元件性能影响的诊断修正模型，或者是在火箭脱离发射塔架后，如何快速区分是气动载荷引起的结构异常还是内部电缆松动造成的信号抖动，这些极具工程挑战性的细节，在书中都未得到充分的展开。它提供的是一个优秀的认知地图，但地图上的许多重要地标——那些具体的、可操作的诊断流程和数据分析技巧——却是模糊不清或者干脆缺失的，留给读者自行去探索的空白区域实在太多了。

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初读这本关于航天发射故障诊断技术的书，我心里充满了期待，希望能够深入了解那些将人类送入太空的复杂系统中，当出现问题时，工程师们是如何抽丝剥茧、精准定位故障的。这本书的封面设计沉稳大气，似乎预示着内容的严谨与深度。然而，当我翻开扉页，开始阅读序言和目录时，一种略微的失落感油然而生。我期待看到的是详细的故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）在航天领域中的具体应用案例，或是关于现代传感器技术如何实时监控火箭健康状态的章节。但这本书似乎更多地聚焦于一些基础理论的阐述，或者是对现有诊断框架的宏观概述。例如，它花费了大量篇幅去探讨故障诊断的哲学意义，以及历史上几次著名航天事故的表面原因分析，而非深入到具体硬件、软件层面如何进行信号处理和模式识别。这使得我这个渴望获得“实操手册”的读者感到有些意犹未尽，它更像是一本学术综述，而非我所期盼的、能够指导一线工程师解决实际问题的工具书。我本想寻找关于推进剂流量异常、姿态控制系统冗余切换失败等具体场景的诊断流程图，但书中提供的往往是高度抽象的模型和公式推导，缺乏那种“手把手”的指导性。

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