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出版者:Princeton University Press

作者:Victor R. Bond

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:1996-03-04

价格:USD 88.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780691044590

丛书系列:

图书标签:

英语
科学
技术
天体力学
航天动力学
轨道力学
空间飞行力学
轨道设计
轨道控制
航天器动力学
现代控制理论
数值方法
优化算法

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具体描述

Newton's laws of motion and his universal law of gravitation described mathematically the motion of two bodies undergoing mutual gravitational attraction. However, it is impossible to solve analytically the equation of motion for three gravitationally interacting bodies. This book discusses some techniques used to obtain numerical solutions of the equations of motion for planets and satellites, which are of fundamental importance to solar-system dynamicists and to those involved in planning the orbits of artificial satellites. The first part introduces the classical two-body problem and solves it by rigorously developing the six integrals of the motion, starting from Newton's three laws of motion and his law of gravitation and then using vector algebra to develop the integrals. The various forms of the solution flow naturally from the integrals. In the second part, several modern perturbation techniques are developed and applied to cases of practical importance. For example, the perturbed two-body problem for an oblate planet or for a nonsymmetric rotating planet is considered, as is the effect of drag on a satellite. The two-body problem is regularized, and the nonlinear differential equation is thereby transformed to a linear one by further embedding several of the integrals. Finally, a brief sketch of numerical methods is given, as the perturbation equations must be solved by numerical rather than by analytical methods.

《现代天体力学》这是一本关于天体力学的进阶读物，旨在为读者深入剖析现代天体力学领域的核心概念、理论框架以及前沿应用。本书并非初步的天体力学入门指南，而是建立在读者对经典轨道力学已有基本理解的基础上，着重探讨那些在现代航天任务设计、深空探测、卫星星座管理以及天体物理学研究中扮演关键角色的复杂问题。全书结构严谨，逻辑清晰，从经典理论的延伸与发展入手，逐步深入到现代天体力学所面临的挑战和解决方案。我们将首先回顾经典两体问题的解析解，并在此基础上，重点介绍多体问题的数值解法，包括各种积分算法的精度、稳定性和效率分析，以及它们在处理具有数百甚至数千个引力体相互作用的复杂系统（如行星际探测器轨迹优化）中的应用。本书将详细阐述摄动理论在现代天体力学中的重要作用。我们将深入探讨各种摄动方法，例如平均法、变分法以及基于卫星轨道要素的摄动方程。特别地，我们将详细介绍如何利用摄动理论来分析和预测人造卫星的轨道漂移，包括地球引力场不均匀性、大气阻力、太阳辐射压力以及月球和太阳的潮汐力等主要摄动源的影响。这对于维持大型卫星星座的稳定运行以及确保高精度轨道预报至关重要。在轨道设计方面，本书将重点介绍高级轨道设计技术。这包括高效能的转移轨道设计，例如霍曼转移、双椭圆转移以及共振转移轨道的优化。此外，我们还将深入探讨非开普勒轨道的设计，例如使用低推力推进器实现的轨道维持和轨道变换，以及低能量转移轨道（Low-Energy Transfers）的原理和应用，这些技术在深空探测任务中能够显著节省燃料消耗，延长探测器寿命。本书还将详细介绍稳定边界（Stable Manifolds）和不变流形（Invariant Manifolds）的概念，以及它们如何被用于设计复杂的轨道和轨迹，实现“引力滑翔”等创新性任务。本书还将涵盖天体导航与姿态控制方面的先进技术。我们将讨论使用星敏感器、陀螺仪以及GNSS（全球导航卫星系统）等传感器进行高精度实时轨道确定和导航的方法。同时，本书还将深入探讨惯性测量单元（IMU）的工作原理及其在轨道测量中的应用。在姿态控制方面，我们将分析各种控制策略，包括基于反作用轮、磁力矩器、推进器以及光学控制器的姿态稳定和定向技术。对于复杂的多体系统，如空间望远镜或大型空间结构，本书将介绍其多体动力学建模和先进的姿态控制方法。本书特别关注了近地轨道（LEO）和地球同步轨道（GEO）卫星的动力学特性及其管理。我们将分析近地轨道卫星面临的大气阻力效应，以及如何通过轨道预报和定期轨道维持来补偿这种效应。对于地球同步轨道卫星，本书将重点探讨轨道保持的挑战，包括各种引力摄动以及太阳辐射压力对轨道要素的影响，并介绍相关的轨道维持策略。此外，本书还将探讨卫星星座的设计原则和轨道动力学挑战，例如避免碰撞、轨道倾斜和周期性交叉等问题，并介绍用于管理大规模卫星星座的先进轨道规划和协同技术。在更广泛的天体物理学背景下，本书还将触及一些与天体力学密切相关的主题。我们将简要介绍天体轨道共振现象，例如在行星系统中的拉普拉斯共振和林德布拉特共振，以及它们对天体系统长期演化的影响。此外，本书还将探讨太阳系外行星（Exoplanets）的轨道动力学研究，包括系外行星系统的稳定性分析、轨道参数的确定以及共振轨道在系外行星形成和演化中的作用。最后，本书将对天体力学领域的未来发展方向进行展望，包括人工智能在轨道优化和动力学建模中的应用、新型推进技术的潜在影响，以及对未来深空探测任务和空间站建设可能带来的机遇。《现代天体力学》旨在为天文学家、航天工程师、研究学者以及对该领域有浓厚兴趣的专业人士提供一套全面、深入且实用的知识体系。本书的编写风格力求清晰、精确，并辅以丰富的数学推导和实例分析，确保读者能够真正理解和掌握现代天体力学的前沿技术和理论精髓。