航天器动力与控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:西迪

出品人:

页数:355

译者:杨保华

出版时间:2010-11

价格:80.00元

装帧:

isbn号码:9787802435179

丛书系列:

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• 科学
• 技术
• Engineering
• 航天器
• 动力学
• 控制
• 推进系统
• 姿态控制
• 轨道力学
• 飞行器
• 航空航天
• 工程技术
• 自动控制

《星辰之轨：宇宙航行器的智慧之舞》 在浩瀚无垠的宇宙中，人类的目光早已投向了那片神秘而充满未知的领域。从最初对星空的仰望，到如今派遣探测器深入太阳系，再到构想远征遥远星辰的壮丽图景，这一切的实现都离不开一个关键的核心——宇宙航行器的自主运行与精准操控。本书，并非一本关于“航天器动力与控制”的枯燥技术手册，而是旨在揭示隐藏在每一次太空任务背后，那场错综复杂、令人屏息的“星辰之轨：宇宙航行器的智慧之舞”。 想象一下，当一颗探测器孤独地航行在数亿公里的深空中，它如何能够自主地调整航向，规避潜在的危险，并最终抵达预设的目标？当一枚火箭点燃引擎，以惊人的速度冲破大气层，它又如何能够在精确的时间点完成姿态调整，将卫星送入预定的轨道？当载人飞船在月球轨道上精准对接，宇航员如何能够信任那看不见的“手”在进行如此精密的操控？这些问题的答案，都蕴藏在这场“智慧之舞”之中。 本书将带领读者，穿越时空的维度，深入探索宇宙航行器在广袤空间中，如何凭借自身“智慧”实现“舞蹈”的奥秘。我们将从最基础的原理出发，但绝非停留在冰冷的公式和图表中。相反，我们将用生动的故事、形象的比喻，以及对现实任务的细致剖析，来阐述那些支撑起航天事业的无形力量。 第一乐章：宇宙的引力场与航行者的觉醒 如同舞者需要了解舞台的规则，航行者必须深刻理解宇宙运行的法则。本书将首先描绘宇宙的宏大背景——引力场。我们并非简单地罗列牛顿或爱因斯坦的公式，而是探讨引力如何在宇宙中扮演着无形却至关重要的“指挥家”。从行星的轨道运动，到黑洞的吞噬之力，再到引力弹弓效应的神奇运用，我们将揭示这些引力现象如何被航行器巧妙地利用，实现高效的动力传输和路径规划。 在这里，我们将深入到“轨道力学”的殿堂，但绝非以数学推导为主。我们更关注的是，这些力学原理如何在现实的航天任务中得以体现。例如，为何前往火星的探测器需要选择特定的“发射窗口”？为何旅行者号探测器能够利用木星和土星的引力加速，最终踏上星际之旅？我们将剥离复杂的数学外衣，呈现出引力在其中扮演的“舞步”，以及航行器如何“感知”并“回应”这些宇宙的指令。 “航行者的觉醒”，则意味着航行器从一个被动的载体，逐渐转化为一个能够进行初步自主判断的“智慧体”。我们将探讨早期的航天器是如何通过简单的指令完成任务，以及随着技术的发展，它们是如何开始具备接收和分析数据的能力。这就像舞者从被动地跟随音乐，到能够理解音乐的节奏和情感，并开始进行初步的自我表达。 第二乐章：姿态的塑造与空间的导航 在浩瀚的宇宙中，航行器并非静止不动。它需要不断地调整自身的“姿态”，以应对不同的任务需求。想象一下，一个望远镜在太空中，如何能够精确地指向遥远的星系，并保持稳定，而不被微小的扰动所影响？一枚火箭在升空过程中，如何能够不断调整自身角度，以抵消地球自转和风力的影响？这便是“姿态控制”的艺术。 本书将以通俗易懂的方式，介绍航行器如何通过各种“执行机构”来实现姿态的精确塑造。我们会探讨“反作用轮”如何如同陀螺一般，通过内部的转动来改变航行器的朝向；“反作用推进器”如何像微型喷枪，通过喷射少量气体来修正姿态；甚至会触及更具挑战性的“磁力矩器”，它们如何与地球的磁场相互作用，实现无燃料的姿态调整。 更重要的是，我们将关注这些姿态控制技术是如何与“空间导航”紧密结合的。航行器在太空中，并非拥有明确的路标。它需要依靠自身携带的“眼睛”——星敏感器、太阳敏感器，甚至摄像头——来感知自己在宇宙中的位置和方向。我们将揭示这些传感器如何如同航行者的“视觉系统”，为它提供关键的空间信息。然后，这些信息将通过复杂的算法，转化为对姿态控制系统的指令，使其能够精准地“看向”目标，并稳定地保持在那里。 这就像一个舞者，不仅需要掌握身体的每一个姿势，还需要能够根据音乐的旋律和节奏，不断地调整自己的身体朝向，以及保持身体的平衡。每一次姿态的调整，每一次方向的修正，都是在太空中进行的无声的“舞蹈”。 第三乐章：动力的源泉与航程的延续 每一次的加速，每一次的减速，每一次的轨迹修正，都离不开“动力”的支持。但宇宙航行器的动力，并非总是来自熊熊燃烧的引擎。本書将深入探讨各种奇妙的动力来源，以及它们如何被智慧地应用于不同的航行任务。 我们将从最熟悉的“化学推进”开始，介绍火箭发动机的工作原理，以及不同类型的推进剂如何影响航行器的性能。但我们将更多地关注其在实际任务中的应用，例如，如何在有限的燃料下，实现最有效的轨道转移，或者如何在关键时刻提供决定性的推力。 随后，我们将踏入更具前瞻性的领域，探索“电推进”的魅力。离子推进器、霍尔推进器等，它们虽然推力较小，但能够长时间持续工作，并拥有极高的比冲，为深空探测和长期轨道保持提供了全新的可能性。我们将用形象的比喻，来解释这些“温和而持久”的动力是如何在漫长的星际旅途中，一点点积累能量，将航行器推向更远的目标。 此外，我们还会触及一些更为科幻但并非遥不可及的动力概念，例如“太阳帆”。它利用太阳光压来产生推力，几乎是“取之不尽，用之不竭”的能量来源。我们将描绘，当一片巨大的帆在太空中展开，如同乘风破浪的帆船，以太阳的光芒作为动力，缓慢而坚定地驶向远方。 “航程的延续”，不仅仅是动力的持续输出，更是对航行过程中各种“能耗”的精细管理。本书将探讨，航行器如何通过优化任务规划，最大限度地利用自然力量，以及如何通过高效的能量转换和储存系统，来确保在漫长的旅途中，始终拥有足够的能量来维持生命（如果载人），或者执行关键任务。 第四乐章：智能的决策与自主的响应 当航行器远离地球，与地面控制中心的通信可能面临巨大的延迟，甚至中断。在这种情况下，航行器就必须具备“智能决策”的能力，自主地应对各种突发情况。这便是“航天器控制”的核心所在。 本书将探讨，如何通过先进的“算法”和“模型”，赋予航行器“思考”的能力。我们将介绍“制导”系统，它如何为航行器规划最优的飞行路径，并根据环境的变化进行实时修正。我们将深入“导航”系统，它如何结合各种传感器数据，精确地确定航行器的位置和速度。而“控制”系统，则扮演着“大脑”的角色，接收制导和导航的信息，并指挥姿态控制和动力系统，执行相应的动作。 我们将用生动的例子，来阐释这些智能决策是如何在现实任务中发挥作用的。例如，当一颗小行星突然出现在航行器的路径上，它是如何能够在没有地面指令的情况下，自主地进行规避机动？当一个重要的科学仪器出现故障，它是如何能够自行诊断问题，并尝试进行修复，或者调整任务计划以最小化损失？ “自主的响应”，则意味着航行器能够根据环境的实时变化，以及内部状态的监测，做出即时而准确的反应。这不仅仅是简单的预设程序，而是基于对宇宙规律和自身能力的深刻理解，以及对任务目标的坚定追求。这就像一个顶级的舞者，不仅能够完美演绎预设的舞步，更能根据现场的气氛和观众的反应，进行即兴的发挥，将表演推向新的高潮。 尾声：星际的交响曲与未来的回响 《星辰之轨：宇宙航行器的智慧之舞》的终章，将不是简单的技术罗列，而是对这场“智慧之舞”的升华与展望。我们将回顾那些人类探索宇宙的壮丽篇章，思考每一次成功任务背后，航行器“智慧”所扮演的关键角色。 我们将探讨，随着人工智能、机器学习等技术的飞速发展，未来的航天器将拥有怎样的“智慧”？它们是否能够像科幻小说中描绘的那样，具备更强的自主学习和创造能力，甚至能够进行更深远的星际探索？ 这本书，是对人类智慧与宇宙奥秘的一次深刻的追问。它没有直接解答“航天器动力与控制”的每一个技术细节，但它描绘了一幅更宏大、更富有诗意的画卷。它将引导读者去感受，在冰冷而遥远的太空中，无数个“智慧的生命”——航天器——如何凭借着精密的计算、持续的动力、以及近乎生命的“智慧”，在星辰之间，奏响一曲又一曲壮丽的交响曲。它们是人类探索宇宙的先锋，是承载我们梦想的信使，是真正意义上的“星辰之轨”上的舞者。

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这本书的参考资料和拓展阅读列表，显示出作者扎实的学术功底和开阔的知识视野。在每一章的末尾，作者都会精心挑选几篇经典论文和若干本权威著作，这些推荐并非泛泛而谈，而是针对该章节核心内容的精确导航。例如，在讨论轨道机动策略时，他直接引用了几篇上世纪七八十年代关于有限推力机动的奠基性文献，并附带了简短的评价，指明了它们在后续研究中的地位。这种引导，对于希望进一步深造、进行文献调研的研究人员来说，简直是宝藏。此外，书中对不同学派（比如欧式方法与拉格朗日方法）在处理同一动力学问题时的优劣对比分析，也极其精彩，体现了一种兼容并包的研究态度。如果非要吹毛求疵，我希望译者能在专业术语的对应翻译上，能更统一一些，偶尔能看到一些术语在不同章节中出现略微不同的表达方式，这对于非英语母语的读者在进行跨文本阅读时，偶尔会造成轻微的理解迟滞。总的来说，这是一份极其严谨的学术参考指南。

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这本书在对经典控制理论的阐述深度上，达到了一个令人印象深刻的高度。对于PID控制器的参数整定部分，作者不仅详述了Ziegler-Nichols方法，还花了相当大的篇幅去探讨了模糊控制在非线性系统中的应用潜力。特别是在分析姿态控制环路稳定性时，书中对李雅普诺夫稳定性判据的引用和解释，清晰且具有说服力，完全跳脱了许多教材那种机械的公式堆砌。我反复研读了关于燃料消耗与推力矢量控制耦合分析的那一章，作者巧妙地结合了变分法，构建了一个简洁而优雅的最优轨迹模型，这对于我正在进行的一个仿真项目提供了极大的启发。当然，这种深度也带来了一个必然的结果：对于那些没有扎实微积分和线性代数基础的读者来说，阅读起来会显得非常吃力。书中某些章节的数学推导步骤过于精简，需要读者具备一定的自主“补全”能力，否则很容易在某个环节卡住，进而影响整体的理解。总而言之，这是一本为专业工程师或高年级学生量身打造的深度参考书。

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我接触过不少同领域的教材，但这本书的叙事风格简直是一股清流。作者似乎不是在冷冰冰地罗列理论公式，更像是在引导一位新手进入一场深奥而又迷人的知识探险。开篇对于“为什么要发展动力系统”的哲学思辨，就成功地抓住了我的好奇心。书中对概念的引入，总是先从宏观的应用场景切入，比如“当载人飞船需要精确制动时，我们面临的挑战是什么”，然后再逐步剖析背后的数学模型和物理原理。这种“问题驱动”的学习路径，极大地降低了初学者的畏难情绪。我尤其欣赏作者处理复杂控制算法时的那种娓娓道来，他没有直接抛出拉普拉斯变换的复杂推导，而是先用生活中的例子类比惯性与响应速度的关系。唯一美中不足的是，某些前沿的、尚处于理论研究阶段的推进技术，提及略显简略，似乎更偏重于成熟技术的讲解，这对于想了解未来发展趋势的读者来说，稍微有点意犹未尽。但即便如此，它作为一本扎实的基础读物，其引导性是无可挑剔的。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那深邃的太空背景，配上简洁有力的白色字体，一下子就把人拉进了一个充满科技感和探索欲的世界。拿到手里沉甸甸的，能感受到出版社在纸张选择和印刷质量上的用心。我特别喜欢封面上那几颗点缀的星辰，虽然是印刷出来的，却仿佛带着遥远星系的光芒。内页的排版也相当考究，图文并茂的布局使得阅读过程非常流畅。尤其是那些复杂公式和系统图示，清晰度极高，让人在学习过程中能迅速抓住重点。不过，我也注意到，在某些历史性的插图中，细节处理上似乎可以再精细一些，比如早期火箭发动机的剖面图，如果能再多一些标注和注释，对于初学者来说会更加友好。总的来说，作为一本专业书籍，它在视觉传达和物理感受上做到了一个很高的水准，让人愿意花时间去深入研读。翻阅过程中，我几次被其中一幅关于多级火箭分离过程的示意图吸引住，那种对机械美学的精准捕捉，让人对航天事业的精妙设计肃然起敬。

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从实践应用的角度来看，这本书的案例分析部分无疑是其最大的亮点之一。它没有停留在理论的象牙塔里，而是通过大量来自真实航天任务的“失败与成功”故事来佐证理论的有效性。我印象最深的是对“阿波罗登月任务中下降段推进器点火序列的容错设计”这一部分的描述。作者详细拆解了当时的传感器冗余和软件逻辑，解释了为何即便在某个执行器出现微小偏差时，整个系统依然能保持稳定下降。这种将抽象的故障诊断理论与具体的工程实践紧密结合的方式，让人对“工程可靠性”有了更深刻的敬畏。唯一的遗憾在于，虽然理论部分非常全面，但书中对于当前工业界广泛使用的特定嵌入式操作系统（如VxWorks或RTEMS）在控制软件开发中的具体实现细节，涉及较少。如果能在案例分析中加入一些关于实时性约束和硬件接口编程的侧面描述，那对想从事航天软件开发的读者来说，价值将是几何级的提升。这本书确实成功地架起了理论与工程之间的桥梁，但桥面还可以铺设得更宽一些。

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