Astrodynamics, Space Missions, And Chaos pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:New York Academy of Sciences

作者:Belbruno, Edward (EDT)/ Gurfil, Pini (EDT)/ Folta, David (EDT)

出品人:

页数:474

译者:

出版时间:

价格:130

装帧:Pap

isbn号码:9781573315135

丛书系列:

图书标签:

• Astrodynamics
• Space Missions
• Chaos Theory
• Orbital Mechanics
• Spacecraft Dynamics
• Nonlinear Dynamics
• Celestial Mechanics
• Space Exploration
• Dynamical Systems
• Control Theory

宇宙航行、行星科学与动力学前沿探索 一部关于地球外探索、行星系统演化及非线性动力学分析的深度著作 本书汇集了当代空间科学、天体物理学与复杂系统理论的最新研究成果，旨在为读者提供一个理解宇宙深层运作机制的综合性框架。全书共分为六大部分，结构严谨，内容涵盖了从基础理论构建到尖端任务设计的广泛领域。 --- 第一部分：行星系统结构与形成理论 本部分聚焦于太阳系及系外行星系统的起源、演化及其物理结构。 第一章：太阳系形成模型的新视角 详细探讨了星云假说（Nebular Hypothesis）的修正与扩展，重点分析了“快速核吸积”（Fast Core Accretion）模型与“碟内凝集”（In-situ Condensation）理论在解释巨行星轨道迁移中的优势与局限。引入了动态破碎与散射机制（Gravitational Scattering Mechanisms）在行星带形成中的作用，并结合最新的ALMA（阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列）观测数据，校准了原行星盘的化学梯度模型。本章特别深入分析了冰线（Frost Line）的动态变化如何影响类木行星的质量上限和核心构成。 第二章：系外行星大气光谱学与宜居性判据 本章从观测天文学的角度出发，阐述了凌日法（Transit Method）与视向速度法（Radial Velocity Method）测得的系外行星质量与半径如何推导出密度与内部结构。核心内容在于分析高分辨率光谱数据，识别大气中的关键分子特征，如水蒸气、甲烷、二氧化碳，以及生物指示剂（Biosignatures）的潜在信号。讨论了“超级地球”（Super-Earths）的内部物理模型，包括高压冰、金属氢层与岩石内核的相变边界。宜居性部分不再局限于“液态水存在区”（Habitable Zone），而是引入了地质活动（Tidal Heating）、磁场保护（Magnetic Shielding）和板块构造（Plate Tectonics）对长期生物圈维持的必要性。 第三章：小天体动力学与防御策略 关注柯伊伯带天体（KBOs）、奥尔特云（Oort Cloud Objects）的轨道分布与碰撞概率。分析了引力扰动（如行星-小行星相互作用）如何将近地天体（NEAs）注入潜在撞击轨道。本章详述了动能撞击器（Kinetic Impactor）、引力拖船（Gravity Tractor）等主动偏转技术的物理学基础、技术可行性评估及其在不同质量和速度范围天体上的适用性。 --- 第二部分：轨道力学与高精度导航基础 本部分回归到航天器运动学的核心，侧重于解析解与数值方法的结合应用。 第四章：拉格朗日点物理与Halo轨道设计 系统阐述了受限三体问题（Restricted Three-Body Problem, RTBP）的平衡点特性，重点分析了L1至L5点的稳定性与稳定性边界。深入解析了Halo轨道、Lissajous轨道和Near-Rectilinear Halo Orbits (NRHO)的数学构造，包括使用庞加莱截面（Poincaré Section）分析轨道演化。本章提供了在实际任务中（如JWST的L2部署）如何利用周期性轨道实现燃料高效转移的具体案例分析。 第五章：摄动理论与高精度历书计算 详细介绍了高阶摄动项的解析处理方法，包括利用拉格朗日行星摄动方程（Lagrange Planetary Equations）和牛顿常数变分法（Variation of Parameters）。对比了平均化方法（Averaging Method，如Kozai-Lidov机制）在处理低质量比系统时的收敛性与误差特性。本章随后转向实际的导航挑战，讨论了星光导航（Star Trackers）与激光测距（Laser Ranging）数据的误差协方差分析，以及如何利用卡尔曼滤波（Kalman Filtering）实现轨道的实时优化与预测修正。 --- 第三部分：推进系统与任务设计优化 本部分探讨了驱动星际探索的工程技术与优化方法。 第六章：先进推进技术：电推力与核能应用 深入分析了霍尔效应推进器（Hall Thrusters）与离子推进器（Ion Propulsion）的物理机制，侧重于等离子体加速效率、比冲（Specific Impulse）与推力密度的权衡。本章还探讨了聚变/裂变核动力推进（Nuclear Propulsion）的潜在优势，特别是对深空任务所需高推进剂效率的满足性，包括热核火箭（NTR）和脉冲核推进（Orion Concept）的设计挑战与安全考量。 第七章：多目标优化与弹道规划 本章介绍了在多个相互竞争的约束条件下（如发射窗口、燃料限制、时间敏感性）进行任务轨迹规划的方法。应用了变分法（Calculus of Variations）与最优控制理论（Optimal Control Theory），使用例如伪谱法（Pseudospectral Methods）求解非线性动力学约束下的最短时间或最小燃料转移问题。提供了多重引力助推（Gravity Assist Maneuvers）序列的最优解搜索算法演示。 --- 第四部分：非线性动力学与混沌现象分析 本部分是全书的理论高地，专注于经典动力学系统中的复杂行为。 第八章：哈密顿系统与保守动力学 基于泊松括号（Poisson Brackets）定义了哈密顿力学的基本框架，并将其应用于描述行星际空间中的保守系统。深入探讨了KAM理论（Kolmogorov–Arnold–Moser Theorem）在解释系统长期稳定性中的核心地位，以及共振（Resonances）如何导致轨道参数的周期性变化，例如小行星带柯克伍德空隙的形成机制。 第九章：耗散系统与混沌指标 将分析扩展至包含摩擦、辐射压力等耗散力的实际航天器环境。详细阐述了描述混沌程度的定量指标，如李雅普诺夫指数（Lyapunov Exponents）的计算方法及其物理意义——对初始条件的敏感性。本章探讨了洛伦兹吸引子（Lorenz Attractor）等经典混沌模型在理解星际尘埃粒子运动中的类比性应用。讨论了“混沌遍历性”（Chaotic Ergodicity）在探索大范围相空间时的作用。 第十章：三体、四体问题的高级解析尝试 本章聚焦于超越限制三体问题的复杂系统。回顾了庞加莱（Poincaré）对三体问题的分类工作，并探讨了在特定初始条件下（如双星系统中的第三体运动）的周期解与准周期解。引入了扩展的引力场模型，如椭球形天体的四极矩（Quadrupole Moments）效应，并分析这些高阶项如何增加系统的内在混沌性。 --- 第五部分：深空探测任务案例研究 本部分通过分析已完成或规划中的标志性任务，展示理论在工程实践中的应用。 第十一章：旅行者号与先驱者号：星际边界穿越 回顾了开创性的星际探测任务，重点分析了如何利用行星际磁场（Interplanetary Magnetic Field）和太阳风（Solar Wind）的测量数据来界定日球层顶（Heliopause）的位置和结构。探讨了V1和V2探测器在穿越休克波（Bow Shock）和终止激波（Termination Shock）时仪器记录的物理变化。 第十二章：火星着陆与返回任务的导航挑战 以Viking、Pathfinder和Perseverance任务为例，详细剖析了进入、下降与着陆（EDL）阶段的空气动力学与制动策略。特别关注了火星大气密度误差对超音速降落伞部署时机的精确要求，以及使用地形相对导航（Terrain Relative Navigation, TRN）系统实现自主安全着陆的算法流程。 --- 第六部分：前沿交叉领域展望 本部分展望了未来十年空间科学与动力学研究的潜在突破点。 第十三章：量子引力对天体力学的影响 初步探讨了在极端重力场（如黑洞视界附近）中，经典牛顿引力场模型失效后，需要引入的修正引力理论对轨道计算的影响。讨论了引力波观测如何提供对双星系统质量参数的更精确约束。 第十四章：人工智能在任务自主性中的作用 分析了机器学习（ML）和深度强化学习（DRL）在处理高维、非线性、实时决策空间中的潜力。应用案例包括：DRL在动态空间碎片规避、自主科学采样路径规划以及行星际间歇通信网络优化中的初步实验结果。 --- 本书适合：高级本科生、研究生，以及从事航空航天工程、天体物理学、数学物理和复杂系统科学研究的专业人士。本书的深度和广度使其成为相关领域研究人员的必备参考手册。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆