Applied Orbit Perturbation and Maintenance pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Amer Inst of Aeronautics &

作者:Chao, Chia-Chun George

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2005-9

价格:$ 90.34

装帧:HRD

isbn号码:9781884989179

丛书系列:

图书标签:

轨道力学
轨道摄动
轨道维持
航天器动力学
空间控制
轨道设计
航天工程
卫星轨道
轨道机动
姿态控制

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具体描述

Since the start of the space age more than 50 years ago, various space technology applications - including communication, navigation, and remote sensing - have advanced significantly. To meet the challenges in each application category, special orbits such as geo-stationary, semi-synchronous, Molniya, sun-synchronous, and frozen have been invented or selected. Although a good number of texts on the principles and applications of astrodynamics have been published, a book is needed to summarize the perturbation theories and control, or station keeping, algorithms for understanding the dynamics, stability, and maintenance of those orbits. "Applied Orbit Perturbations and Maintenance" was written to meet that need. It summarizes, in appropriate technical and mathematical detail, perturbation theories and station keeping algorithms for various types of mission orbits and constellations. Space mission designers/analysts and systems engineers will put this book to great use.

好的，这是一本关于先进天体动力学与空间任务设计的图书简介，该书聚焦于现代航天工程中轨道控制、摄动分析以及长期任务规划的前沿技术，但不包含《Applied Orbit Perturbation and Maintenance》的具体内容。 --- 现代航天动力学与任务设计：摄动分析、轨道机动与长期生存性导言：复杂环境下的航天器生存之道随着航天活动日益深入地扩展到地球同步轨道、地月空间乃至深空，航天器所处的动力学环境的复杂性呈指数级增长。传统的开普勒轨道模型已无法满足对高精度轨道保持和长期任务可持续性的要求。本书旨在为读者提供一套全面且实用的理论框架和工程方法论，用以理解、预测和主动控制航天器在非理想引力场、大气阻力、辐射压等多种摄动因素影响下的复杂轨道行为。本书的核心目标是构建一套超越基础理论的、面向实际工程应用的动力学建模与控制系统设计工具集，确保空间资产能够在预定寿命内高效、安全地执行既定任务。 --- 第一部分：摄动环境的精细化建模与量化分析本部分深入探讨了影响航天器轨道稳定的关键物理因素，并建立了精确的数学模型，这是所有后续控制策略的基础。 1.1 复杂引力场建模与地球谐波分析非球形地球引力场的影响：详细解析了地球重力场对近地轨道（LEO）和中地球轨道（MEO）的周期性和长期摄动效应。重点讲解了球谐函数（如EGM模型）的构建、截断误差分析以及如何将其高效地集成到高精度数值积分器中。高阶摄动项的处理：讨论了J2、J3至J20等关键阶次项对轨道偏心率、近地点和升交点在不同时间尺度上的漂移规律，特别是对高精度对地观测和通信卫星星座的影响。 1.2 空间环境阻力与辐射压力大气阻力的非定常特性：针对LEO航天器，分析了太阳活动（如F10.7指数）对高层大气密度变化的影响。引入了如????????2等经验模型，并探讨了如何利用实时空间天气数据对阻力模型进行校正，以减小轨道预报误差。太阳辐射压（SRP）建模：详细阐述了SRP对高偏心率轨道和高轨航天器的影响。介绍了不同材料反射率、吸收率的建模，以及航天器构型（太阳帆、大型天线）对SRP的耦合效应分析。 1.3 天体动力学中的相对论效应与微小非保守力弱引力场中的相对论修正：讨论了在深空探测和高精度导航中，必须考虑的二阶和三阶相对论修正项，特别是对水手号和伽利略探测器任务的影响案例分析。非保守力分析：探讨了潮汐力、地球磁场拖曳力（针对带电航天器）等微小但长期累积效应的量化方法。 --- 第二部分：高精度轨道确定与长期状态预测有效控制的前提是对当前状态的准确把握。本部分聚焦于从观测数据中提取精确轨道，并进行可靠的长期预测。 2.1 导航测量与观测模型现代测控技术：综述了激光测距（SLR）、卫星激光测距（VLBI）和GPS/Galileo星载接收机在轨道确定中的应用。重点分析了不同观测类型（如弧段观测与连续跟踪）的数据权重和误差来源。观测方程的建立与线性化：详细推导了在考虑上述所有摄动因素下的观测方程，并讨论了如何使用雅可比矩阵对非线性动力学系统进行局部线性化处理，以适应迭代解算算法。 2.2 状态估计与滤波技术扩展卡尔曼滤波（EKF）与无迹卡尔曼滤波（UKF）：深入比较了两种主流滤波方法在处理高度非线性动力学系统时的性能差异。给出了实际航天器案例中参数调优的经验准则。批处理与最小二乘法：阐述了如何利用批处理方法，结合迭代加权最小二乘（IWLS）算法，实现对历史观测数据的最优拟合，并进行轨道插值。 2.3 长期轨道预测的稳定性与不确定性量化数值积分方法的选择与比较：探讨了龙格-库塔法（RK4/RKF45）与辛积分器在能量守恒和计算效率上的权衡。强调了针对轨道机动和高精度轨道保持（PZ/PHO）任务的特定积分器要求。不确定性传播分析：使用蒙特卡洛模拟和协方差矩阵传播方法，量化了初始状态误差、模型误差对远期轨道预报精度的影响，为制定冗余机动计划提供依据。 --- 第三部分：高效能轨道控制与机动策略设计本部分从理论控制到实际执行，提供了一系列用于维持、转移和优化航天器轨道的先进技术。 3.1 基于摄动的轨道保持（Station-Keeping）策略最小燃料消耗目标：提出了在摄动作用下，如何设计最优的脉冲序列以最小化燃料消耗，实现零漂移的轨道保持目标。引入了基于协方差矩阵最小化的闭环控制律。姿态-轨道耦合控制：讨论了航天器姿态变化（如太阳帆展开、推进器指向误差）对辐射压力和推力向量的影响，设计了姿态-轨道一体化的控制修正流程。 3.2 优化轨道转移与星座构型维持伴随法与最优控制理论：运用庞特里亚金极大值原理，推导了燃料最优的霍曼转移、双椭圆转移以及多目标转移的必要条件。重点讲解了如何处理控制约束（如推力大小和持续时间）。低推力推进（LTP）的应用：详细介绍了电推进系统在高效率、长期任务中的应用。重点分析了螺旋线转移、共面转移策略，以及如何利用周期性轨道动力学来实现对大型星座（如GPS或铱星星座）的精确构型维护。 3.3 轨道机动中的奇异点处理与避免近地轨道再同步与交会机动：针对服务卫星和在轨维护任务，详细分析了交会机动中的相对动力学模型，并设计了避碰和近距离操作（Rendezvous & Proximity Operations）的控制律。异常点规避：针对GEO轨道上的空间碎片或已失效卫星，设计了基于预测控制的轨道偏离和再入终止机动方案，强调机动过程中的燃料约束和安全裕度。 --- 总结：面向未来任务的动力学工程本书汇集了过去数十年在航天动力学领域的深刻洞察，为读者提供了一个从基础物理到复杂系统控制的完整视角。它不仅仅是理论的堆砌，更是为未来高密度、长寿命、高精度要求的空间任务（如大规模卫星星座、空间站编队、地月空间基础设施）提供坚实动力学支撑的工程指南。掌握这些技术，是确保下一代航天资产在不断变化的太空环境中实现长期、自主和高效运行的关键。