Theory of Orbital Motion pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Tan, Arjun

出品人:

页数:281

译者:

出版时间:

价格:$ 82.49

装帧:

isbn号码:9789812709110

丛书系列:

图书标签:

• 轨道力学
• 天体力学
• 卫星轨道
• 航天动力学
• 物理学
• 数学
• 工程学
• 天文学
• 经典力学
• 轨道设计

《群星的轨迹：天体力学基础与应用》 导言： 浩瀚的宇宙，亘古不变的法则驱动着星辰的舞蹈。从行星围绕恒星的稳定公转，到卫星在行星间的引力制衡，再到星系尺度的物质分布，这一切都建立在精确而优美的物理定律之上。《群星的轨迹：天体力学基础与应用》是一部深入探讨经典天体力学原理的权威著作。本书旨在为物理学、天文学、空间科学及相关工程领域的学生、研究人员和专业人士提供一个全面、严谨且富有洞察力的知识框架，用以理解和预测天体系统的动力学行为。 本书的结构设计旨在引导读者从基础概念逐步深入到复杂的应用场景，确保读者能够扎实地掌握从牛顿万有引力定律到现代摄动理论的完整理论体系。 第一部分：基础：万有引力与两体问题 本书的开篇奠定了整个理论大厦的基石。我们首先回顾牛顿力学在处理天体运动时的核心地位，并详细阐述万有引力定律的数学形式及其在不同参考系下的表现。 第一章：牛顿定律与引力场的描述： 深入探讨了质量、引力、角动量和能量在保守系统中的守恒性质。特别强调了在处理宏观尺度天体运动时，引力势函数的构建及其在三维空间中的解析特性。本章对引力场线和等势面的几何意义进行了详尽的几何学解释。 第二章：中心力问题与开普勒运动： 核心聚焦于最经典也最基础的两体问题。通过引入动量守恒和能量守恒，我们推导出平面定常角动量的性质。随后，本书严谨地推导了开普勒定律，并详细分析了椭圆、抛物线和双曲线轨道的所有几何参数（如半长轴、偏心率、近拱点和远拱点）。本章不仅停留在代数推导，更结合了矢量分析，清晰地展现了拉普拉斯-孟日（Laplace-Binet）公式的优美性。 第三章：轨道要素的定义与变换： 为了实际描述和跟踪航天器或行星的轨道，必须使用一组完备的六个轨道要素。本章详细定义了经典的六个开普勒要素（如半长轴 $a$、偏心率 $e$、近拱点幅角 $omega$ 等），并探讨了如何从瞬时位置和速度矢量（即状态矢量）精确地反演出这些要素。此外，我们还探讨了不同参考系（如惯性系与地心惯性系）之间的坐标变换，为后续的摄动计算做准备。 第二部分：多体动力学与轨道动力学 在掌握了两体问题的精确解之后，本书将视角转向更具现实意义的场景：多体系统以及非保守力的影响。 第四章：限制性三体问题（Restricted Three-Body Problem）： 限制性三体问题是分析日月食、地月转移轨道和拉格朗日点稳定性分析的基石。本书详细分析了欧拉解（Eulerian solutions）和受限三体问题的五大拉格朗日点（L1至L5）的几何位置和稳定性。通过科里奥利力和离心力的引入，我们进入了旋转参考系的动力学分析，为研究人造卫星的轨道衰减和空间站的姿态控制奠定基础。 第五章：摄动理论基础： 现实中，任何轨道都不是完美的开普勒轨道，行星间的引力、地球非球形度、大气阻力、太阳辐射压等都会产生摄动。本章引入了拉格朗日（Lagrange）和哈密顿（Hamilton）的变分方程。我们着重探讨了周期性摄动（如地球椭球形摄动 $J_2$ 项）对轨道要素的长期影响，并推导了 $J_2$ 项导致的近地点和升交点漂移速率公式。 第六章：高阶摄动方法与数值积分： 对于无法解析处理的复杂摄动，数值方法是不可或缺的工具。本章详细比较了龙格-库塔（Runge-Kutta）族方法、辛积分器（Symplectic Integrators）等在长期轨道预测中的优劣。特别讨论了如何选择合适的步长、误差控制策略，以及如何利用平均化原理（如Hori方法）来加速积分过程，处理周期性振荡。 第三部分：实际应用与轨道设计 本书的后半部分将理论与空间任务工程实践紧密结合，探讨如何利用天体力学原理设计和执行实际的航天任务。 第七章：轨道转移与交会机动： 这是航天器设计中的核心技术。我们深入分析了霍曼转移轨道（Hohmann Transfer）的原理和效率，并扩展到更通用的双椭圆转移和快速转移方案。更进一步，本书详细推导了低推力、高效率的霍曼转移与一次性脉冲（Impulsive Maneuver）所需的 $Delta V$ 计算。交会问题则通过相对导航的相对轨道动力学方法进行建模。 第八章：卫星动力学与轨道维持： 针对近地轨道（LEO）和地球静止轨道（GEO）卫星，本章探讨了维持轨道稳定的策略。详细分析了大气阻力模型（如JDOG模型）对低轨卫星轨道衰减的影响，并给出了保持轨道位置所需的精确燃料预算和推进器点火策略。对于高轨卫星，则侧重于利用地球的 $J_2$ 效应进行无燃料姿态调整。 第九章：天体定位与观测： 天体力学是天文学观测的基础。本章介绍了视线速度、恒星视差的计算，以及如何利用基本恒星数据构建一个精确的观测坐标系。我们展示了如何利用已知的轨道参数预测天体在某一时刻的赤经和赤纬位置，这是深空探测器导航和地面望远镜指向控制的关键。 第十章：引力辅助（Slingshot）机动： 利用行星引力进行加速或减速，是行星际探测任务节约燃料的关键。本章以几何学和能量守恒的角度，详细剖析了引力弹弓效应的原理，推导了行星际转移轨道设计中“捕获窗口”和“能量增益”的计算方法。 结论： 《群星的轨迹：天体力学基础与应用》不仅是一本理论手册，更是一座连接抽象物理定律与宏大工程实践的桥梁。通过本书的学习，读者将能够掌握预测和控制天体运动的强大工具，深入理解宇宙运行的内在逻辑，为未来的空间探索和研究奠定坚实的数理基础。本书内容详实，推导严谨，是天体力学领域不可多得的深度参考资料。

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这本书给我最大的震撼在于其视野的广阔性与细节的深入性竟然能完美统一。它不满足于仅仅停留在经典的开普勒轨道分析，而是大胆地将读者引入到相对论效应、轨道稳定性分析，甚至是更前沿的课题，比如微小推力器对长期轨道保持的影响。作者在处理这些高阶内容时，表现出了惊人的掌控力，他知道何时需要放慢脚步，用图表来解释复杂的相空间轨迹，何时又可以快速推进，将读者带向理论的边缘。在我看来，这本书超越了“教科书”的范畴，它更像是一份详尽的“思想地图”。它不仅告诉你轨道运动的规律是什么，更重要的是，它展示了科学家是如何思考、如何建模、如何通过数学语言来精确描述和预测自然现象的内在逻辑。阅读过程是一种持续不断的挑战，但这种挑战是积极和令人振奋的，因为它不断地拓宽了我对“精确预测”这一概念的理解边界。读完后，我感觉对宇宙中任何宏大运动的规律性，都多了一份敬畏和洞察。

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说实话，我对这类涉及严谨科学的读物通常抱持着敬而远之的态度，总担心自己缺乏足够的基础知识来消化其中的内容。然而，这本书的作者显然深谙科普的精髓——即如何用最亲近的方式，去触碰最前沿的知识。它没有一上来就抛出那些令人望而却步的微分方程，而是从一个非常生活化的角度切入，比如人造卫星如何保持在既定轨道上不坠落，或者行星际旅行的轨道优化问题。这种“接地气”的叙事策略，极大地降低了阅读门槛。我特别欣赏作者在处理理论深度与可读性之间的平衡艺术。当需要深入探讨角动量守恒或者拉格朗日点时，作者会用一系列巧妙的比喻和类比来铺垫，确保读者在理解物理意义的前提下，再去接触那些数学表达。这种教学方法，与其说是在“教”我知识，不如说是在“引导”我进行一次智力上的探险。读完整本书，我感觉自己不仅仅是学会了一些公式，更是建立起了一种全新的、动态的、以运动和引力为核心的宇宙观。

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这本书的结构设计堪称一绝，它不像许多教材那样僵硬地划分章节，反而更像是一部精心编排的交响乐。开篇宏大而引人入胜，迅速将读者带入到太阳系尺度下的宏观景象，让你先对“大图景”有一个感性的认识。随后，音乐的节奏开始变化，进入到对具体轨道动力学的精细刻画，比如近地点、远地点、偏心率这些核心参数的确定过程，被描述得如同侦探小说般环环相扣。最精彩的部分在于后半部，作者开始探讨摄动理论和非保守力对轨道的影响，这里的笔锋变得更加尖锐和富有思辨性。他没有回避现实世界中的复杂性，而是坦然展示了理想模型与真实世界之间的差距，这使得整部作品的严谨性得到了极大的提升。读到这里，我感觉自己不再是一个被动的知识接收者，而更像是一个与作者一同在计算台前奋战的研究者，共同面对宇宙的挑战。每一次公式的推导，都伴随着作者对“为什么是这样”的深入剖析，让人感到极大的智力满足。

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这本书的封面设计得非常引人注目，那种深邃的太空蓝配上闪烁的星辰图案，立刻就让人联想到宇宙的浩瀚与神秘。我原以为这是一本晦涩难懂的专业著作，毕竟“轨道运动”听起来就够硬核了，但翻开第一页后，那种流畅的叙事风格立刻抓住了我的眼球。作者似乎有一种魔力，能将那些复杂的物理定律和数学公式，巧妙地编织成一个个引人入胜的故事。读完前几章，我仿佛跟随伽利略和开普勒一起，在历史的长河中探索行星运行的奥秘。尤其是在讲述牛顿的万有引力定律时，那种层层递进的逻辑推导，让人在恍然大悟的同时，又对人类智慧的结晶感到由衷的敬佩。整本书的排版也十分考究，图文并茂，那些精美的插图不仅仅是装饰，更是对理论的完美诠释，使得抽象的概念变得具象化，即便是对天文学知之甚少的读者，也能轻松跟上节奏。这本书的价值不仅仅在于知识的传授，更在于它激发了我们对未知宇宙最本真的好奇心和探索欲，让人忍不住想放下手中的书，抬起头，去遥望那片深邃的夜空。

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从纯粹的审美角度来看，这本书的语言风格是非常独特的，它混合了一种古典学者的严谨与现代科学家的激情。例如，在描述开普勒三大定律的发现过程时，文字中充满了对早期天文学家那种近乎偏执的精确测量精神的赞叹，那种对真理的执着追求，隔着书页都能感受到强烈的感染力。然而，当话题转向霍曼转移轨道或引力助推技术时，语言风格会立刻变得高效、精准，充满了工程学的实用主义色彩。这种风格的无缝切换，使得阅读体验如同乘坐一艘配备了最先进导航仪器的复古帆船，既有古典的浪漫情怀，又不失现代科技的精确导航。我特别喜欢作者在关键概念引入时的那种“仪式感”，他总会先铺陈背景，再用一句掷地有声的话来总结核心原理，让人印象深刻。这本书绝对不是那种可以囫囵吞枣的书，它要求你沉浸其中，去体会作者是如何一步步构建起这个精妙的轨道力学世界的。

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