航天器动力学-若干问题进展及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:马兴瑞

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-09-01

价格:35.0

装帧:

isbn号码:9787030090263

丛书系列:

图书标签:

• 航天器动力学
• 轨道力学
• 天体力学
• 姿态动力学
• 控制理论
• 航天工程
• 空间机制
• 优化算法
• 数值方法
• 飞行器动力学

《星际导航：从牛顿定律到量子纠缠的航天器控制理论》 本书深入剖析了航天器动力学领域的核心问题，以严谨的科学态度和前沿的学术视角，勾勒出航天器控制理论的宏伟蓝图。我们将带领读者穿越时空的界限，从经典力学的基石出发，逐步揭示支撑航天器精准运行的深层机制，并展望未来可能融入的颠覆性理论。 第一部分：经典力学与轨道力学基础 本部分将系统阐述影响航天器运动的经典物理原理。首先，我们将重温牛顿万有引力定律及其在描述天体运动中的核心作用。在此基础上，我们将深入探讨开普勒定律，解析椭圆、抛物线及双曲线轨道，并重点关注航天器在引力场中的受力分析与运动轨迹预测。 接着，我们将聚焦于轨道力学的基本概念，包括轨道要素（如半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点幅角）、轨道机动（如霍曼转移轨道、双椭圆转移轨道）、轨道摄动（如地球非球形度、月球和太阳引力、大气阻力、太阳光压）及其对航天器轨道稳定性的影响。我们将通过详细的数学推导和实例分析，阐明如何精确计算和控制航天器的轨道，以满足任务需求。 第二部分：航天器姿态动力学与控制 除了轨道运动，航天器的姿态控制同样至关重要。本部分将深入研究航天器的姿态动力学，包括刚体动力学基础，如角动量守恒定律、欧拉方程以及各种力矩（如地球自转力矩、太阳光压矩、残余磁场矩）对航天器姿态的影响。 我们将详细介绍姿态动力学模型，涵盖本体坐标系、轨道坐标系、惯性坐标系等参考系的选择与转换，以及描述姿态的各种参数（如欧拉角、四元数、旋转矩阵）。随后，我们将重点讨论姿态控制器的设计，包括PID控制器、最优控制、滑模控制等经典及现代控制方法在姿态稳定、指向精度和机动控制中的应用。我们还将探讨惯性测量单元（IMU）、星敏感器、太阳敏感器、磁力计等典型姿态传感器的工作原理及其数据融合方法。 第三部分：先进动力学理论与前沿探索 本部分将把读者带入航天器动力学研究的最前沿，探讨一些更深层次和更具未来感的理论。 相对论效应在轨道力学中的考量： 尽管在大多数近地轨道和行星际任务中，牛顿力学已足够精确，但对于涉及强引力场（如黑洞附近）或超长距离、高精度导航的任务，爱因斯坦的广义相对论效应则必须被纳入考量。我们将简要介绍狭义相对论和广义相对论对时间、空间以及引力场的修正，以及它们如何影响天体和航天器的运动轨迹，尤其是在脉冲星导航（PNT）等新兴领域。 量子力学与未来航天器控制的潜在关联： 虽然目前量子力学在航天器动力学中的直接应用尚处于理论探索阶段，但其潜在的颠覆性影响不容忽视。我们将探讨量子纠缠、量子叠加等概念在未来可能如何应用于高精度传感器（如量子陀螺仪、原子钟）的构建，从而实现前所未有的导航精度。此外，量子计算的强大算力有望解决当前传统计算机难以处理的复杂轨道优化和控制问题。 自适应与智能控制在航天器系统中的应用： 面对日益复杂的任务需求和不可预测的环境变化，传统的固定参数控制器已显不足。本部分将深入研究自适应控制、模糊逻辑控制、神经网络控制以及强化学习等智能控制方法在航天器动力学中的应用，例如，如何让航天器在未知或变化的引力场中进行自主导航和轨道维持，或者如何实现更高效、更具鲁棒性的姿态机动。 多体动力学与复杂轨道构型： 随着空间碎片日益增多以及分布式航天器星座的兴起，多体动力学研究变得尤为重要。我们将探讨多个天体（包括人造卫星、行星、卫星等）之间相互作用的动力学问题，以及如何分析和控制这些系统中的航天器，以避免碰撞、实现协同编队飞行等。 第四部分：航天器动力学在实际任务中的应用 本部分将通过一系列典型的航天器任务，生动展示航天器动力学理论的实际应用价值。 深空探测任务： 从月球探测、火星漫游到更遥远的行星际飞行，我们将分析这些任务中航天器所面临的极端环境和高精度轨道控制挑战，以及如何运用引力弹弓效应、星际航行轨道设计等策略。 地球观测与导航卫星系统： 重点讨论GPS、北斗、Galileo等全球导航卫星系统（GNSS）的设计原理，包括其星座布局、轨道设计、信号传输以及对地面用户定位的支撑。同时，也将涵盖高分辨率对地观测卫星的轨道稳定性和精确定位技术。 载人航天与空间站动力学： 分析载人航天器进入、轨道维持、对接以及空间站的轨道动力学稳定性问题，以及如何保障宇航员的安全和实验的精确进行。 新兴空间应用： 探讨小卫星星座、太空碎片清除、月球及火星基地建设等新兴领域中，航天器动力学面临的新课题和解决方案。 通过对经典理论的深入解读、前沿技术的审视以及丰富应用的呈现，《星际导航：从牛顿定律到量子纠缠的航天器控制理论》将为读者构建一个全面、深刻且富有启发性的航天器动力学知识体系，激发对未来空间探索和技术创新的无限遐想。

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从应用的角度来看，这本书的实用性是毋庸置疑的，但这种实用性体现在“指导设计思路”而非“提供即插即用代码”的层面。我最欣赏的是它对航天器在不同任务阶段（发射段、转移段、目标轨道维持段）的动力学模型差异化处理。比如，它详细区分了高轨卫星与低轨星座在进行编队飞行时，地磁场和大气阻力模型应当如何选择和简化，这在实际任务规划中是至关重要的细节。书中对蒙特卡洛模拟在轨道寿命预测中的应用实例分析得尤为透彻，不仅仅展示了结果，还详细讨论了输入参数的概率分布对最终寿命估计区间的影响。这使得我们能够更审慎地评估任务的风险敞口。如果说有什么遗憾，那就是关于未来商业航天和大规模卫星互联网的特殊动力学建模（例如，涉及大规模分布式系统的协同控制）的篇幅可以再增加一些。尽管如此，这本书依然提供了一个极其专业和全面的视角，足以支撑一个小型研究团队在特定动力学领域进行深入探索和创新。

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坦白讲，这本书的阅读难度是相当高的，它显然不是为入门者准备的“友好读物”。文字密度极大，每一个段落都承载了丰富的信息量，要求读者具备扎实的数学基础和控制理论背景。我尤其为其中关于多体系统摄动理论的阐述感到震撼，作者似乎对经典力学与相对论效应在近地轨道外的耦合效应有着独到的见解，将一些原本晦涩的微分方程组，用一种近乎艺术化的方式进行了分解和重构。我花了大量时间去理解其中关于“摄动控制”与“最优反馈”结合的部分，每一次攻克一个难点，都有一种豁然开朗的成就感。这本书的价值不在于让你轻松入门，而在于让你在足够的知识积累之上，实现理论认知上的“跃迁”。它就像一座灯塔，指引着那些真正想在航天动力学领域深耕的学者和工程师，去探索那些尚未被完全征服的理论高地。它更像是同行间的一次严肃的切磋，而非面向大众的科普。

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初次拿到这本书时，最让我印象深刻的是它对“进展”二字的诠释。现在的很多专业书籍都倾向于罗列已有的成熟理论，但这本书似乎更侧重于那些正在发生、尚未完全定论的研究方向。我特别关注了其中关于航天器姿态控制系统在复杂环境下鲁棒性的讨论，里面提到了大量基于机器学习和人工智能的新算法在轨道维持上的应用案例。这些内容读起来非常过瘾，充满了现代科技的脉搏。作者在阐述这些新方法时，并没有停留在概念层面，而是深入剖析了这些算法在实际约束条件下可能遇到的局限性，比如计算资源的消耗和数据依赖性问题。这让我的思考一下子从“能做到什么”转向了“如何更好地做到”，极大地拓宽了我的视野。与我之前读过的几本经典教材相比，这本书在引用最新国际会议论文和专利成果方面做得非常出色，几乎每隔几页就能看到前沿研究机构的影子，这让整本书的“鲜活度”大大提升，感觉不像是在读一本定格的知识，而是在参与一场正在进行的学术对话。我希望未来能看到更多关于软件定义航天器方面的深入探讨。

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这本书的封面设计得相当大气，那种深邃的蓝色调让人立刻联想到浩瀚的宇宙，印在中央的那个复杂的轨道示意图，虽然我不太懂其中的物理意义，但光是看着就觉得充满了智慧和前沿感。我本来以为这会是一本非常枯燥的纯理论教材，但翻开目录后，我发现它涵盖了从基础的轨道力学原理到最新的推进系统研究，甚至还提到了深空探测任务中的一些实际挑战，比如碎片规避和燃料优化策略。作者的写作风格非常严谨，对于每一个公式和概念的推导都力求详尽，这对于需要深入理解底层逻辑的学生来说无疑是极大的福音。不过，对于像我这样希望快速了解领域热点和应用前沿的读者来说，前半部分的基础回顾稍微显得有些冗长。我尤其欣赏其中关于新型推进技术的部分，对离子推力和电磁弹射的未来潜力进行了深入的分析，虽然细节上我还需要查阅更多资料来补充，但这本书无疑为我搭建了一个非常坚实的知识框架，让我知道哪些方向是未来值得投入精力的。整体来说，它给我的感觉是沉甸甸的，充满了学术的重量感，更像是一本可以长期放在案头、时不时翻阅的工具书，而不是那种读完就束之高阁的快餐读物。

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这本书的结构安排，说实话，颇有大家风范。它不是那种按部就班的教科书式编排，更像是一系列围绕核心主题展开的深度专题报告集锦。我个人比较喜欢它在每个章节末尾设置的“开放性问题与展望”部分，这些小节往往是全书最引人入胜的地方。比如，在讨论到地外天体轨道设计时，书中不仅详细介绍了传统的拉格朗日点转移路径，还花了不少篇幅探讨了如何利用新型的低能耗轨道（如周期性轨道）来优化深空探测器的燃料预算。这种对效率极致追求的视角，非常符合当前航天领域成本敏感和性能最大化的时代需求。阅读过程中，我感觉自己不是被动地接收知识，而是在和一位经验丰富的总师进行高水平的技术交流，他不断地抛出挑战性的问题，引导我去思考现有方法的瓶颈。虽然某些涉及复杂数值模拟的部分我还需要借助其他软件工具来复现验证，但这丝毫不影响我对全书宏观框架和深层洞察力的赞赏。

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问题集而已。专业文献吧，个人觉得

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问题集而已。专业文献吧，个人觉得