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出版者:

作者:Curtis, Howard

出品人:

页数:744

译者:

出版时间:2009-11

价格:733.00元

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isbn号码:9780123747785

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星际航行与轨道动力学：基础、方法与前沿 导言：探索宇宙的工程学基石 自人类仰望星空之日起，理解天体运动的规律便成为了文明进步的核心驱动力之一。从早期的天文观测到现代的深空探测任务，精确地计算和预测物体在引力场中的运动轨迹，是所有航天工程的基石。《星际航行与轨道动力学：基础、方法与前沿》旨在为新一代的航空航天工程师、物理学家以及对轨道力学有深入需求的专业人士，提供一套全面、严谨且注重实际应用的理论框架和分析工具。 本书的编写理念在于弥合纯理论数学与复杂工程实践之间的鸿沟。我们不再仅仅停留在理想化的两体问题求解上，而是深入探讨了影响真实任务规划的非保守力、摄动效应以及数值模拟的必要性。本书的结构经过精心设计，确保读者能够循序渐进地掌握从开普勒定律到复杂多体系统分析的整个知识谱系。 第一部分：经典轨道力学的坚实基础 本部分着重于建立理解轨道运动所必需的数学和物理基础。我们首先回顾了牛顿万有引力定律和运动定律在轨道力学中的严格应用。 第一章：坐标系、参考系与刚体动力学回顾 为了精确描述航天器的位置和姿态，必须对参考系的选择有深刻的理解。本章详细讨论了地心惯性参考系（ECI）、地固参考系（ECEF）以及它们之间的坐标转换。着重分析了欧拉角、四元数以及变换矩阵在描述空间姿态时的优缺点和计算细节。此外，对刚体动力学的基本概念，如惯性张量和欧拉动力学方程，进行了必要的复习，为后续的姿态控制分析打下基础。 第二章：两体问题：开普勒世界与轨道要素 这是轨道力学的核心。我们从拉格朗日和哈密顿力学的角度，对两体问题进行了严谨的推导，以证明开普勒定律的必然性。本章的重点在于对轨道“六根”——包括半长轴、离心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和真近点角——的几何和物理意义进行透彻的解析。特别强调了如何利用这些要素来重构轨道路径，并详细阐述了向心、离心和正常加速度在确定瞬时轨道参数中的作用。 第三章：轨道机动与转移轨迹 真实任务的成功往往取决于精确的轨道调整。本章深入探讨了速度增量（Delta-V）的概念及其在轨道转移中的关键作用。通过对霍曼转移（Hohmann Transfer）、冯·诺伊曼转移（V-Bar/R-Bar）以及双椭圆转移（Bi-Elliptic Transfer）的详细分析，读者将掌握计算最小能耗转移策略的方法。本章还引入了平面内与平面外机动的比较，并讨论了推进剂质量与任务效率之间的权衡。 第二部分：摄动效应与实际轨道建模 在低地球轨道（LEO）和地球同步轨道（GEO）环境中，理想的两体模型迅速失效。本部分的核心是处理非保守力、地球非球形引力场以及其他影响卫星长期稳定运行的因素。 第四章：地球非球形引力场的影响 地球的扁率（J2效应）是影响近地轨道最主要的摄动力。本章基于球谐函数展开，推导了J2项对轨道近地点和升交点进动的精确影响。读者将学习如何计算这些摄动项，并理解它们如何导致轨道要素随时间发生周期性或非周期性变化。此外，我们还涵盖了更高阶的球谐系数（J3, J4等）在特定任务中的应用。 第五章：大气阻力与轨道衰减 对于LEO卫星，大气阻力是轨道能量损失的主要来源。本章详细分析了气动阻力模型，包括牛顿阻力定律和更精确的经验模型，并探讨了影响阻力系数的因素，如日活动（太阳黑子数）和卫星的几何形状。本章的重点在于建立轨道衰减速率的计算方法，这对于规划卫星的退役或再入轨迹至关重要。 第六章：其他外部摄动力 除了重力和大气阻力，太阳辐射压（SRP）和月球/太阳摄动同样不容忽视。本章将介绍如何量化SRP对高轨卫星的影响，特别是对于携带大型太阳翼的航天器。月球和太阳的引力影响，作为多体问题的组成部分，将通过摄动理论（如拉格朗日L1, L2, L3点附近的行为）进行分析。 第三部分：数值方法、姿态动力学与任务设计 现代航天任务的复杂性要求掌握强大的数值计算工具和先进的姿态控制技术。 第七章：轨道数值积分与传播 在存在大量摄动的情况下，解析解变得不可行。本章系统地介绍了轨道传播中常用的数值积分技术。从基础的龙格-库塔法（Runge-Kutta）到更高效的辛积分器（Symplectic Integrators）和预测-校正方法，我们将对比这些方法的精度、稳定性和计算效率。重点在于如何选择合适的步长和误差容限来满足任务对位置精度的要求。 第八章：航天器姿态动力学与控制基础 姿态的精确控制与轨道位置同等重要。本章深入研究了刚体的运动方程在旋转坐标系下的表达，重点分析了陀螺仪和反作用轮/动量轮对角动量的影响。本章引入了PID控制器在姿态稳定中的应用，并概述了反馈控制系统设计的核心概念。 第九章：相对运动、编队飞行与交会操作 随着对空间态势感知和在轨服务（OSAM）需求的增加，相对轨道力学变得日益重要。本章引入了著名的丘斯（Clohessy-Wiltshire）线性化方程，用于描述在近圆轨道附近的小扰动相对运动。我们将探讨如何利用这些方程来设计目标捕获、伴飞和轨道编队保持的控制律。 结论：迈向深空与前沿挑战 本书最后总结了轨道力学在当前航天探索，如行星际转移（使用引力助推和低推力技术，如离子推进）、小行星捕获任务中的实际应用。我们强调了任务设计中迭代优化、不确定性量化以及鲁棒性分析的重要性。本书为读者提供了理解和解决下一代太空探索挑战所需的理论深度和工程实践视角。 目标读者与特点： 本书适合作为大学高年级本科生和研究生在轨道力学、航天动力学或天体物理学课程中的教材。它也适用于需要深入理解航天器轨道建模与控制的工程师和研究人员。本书的特点在于： 1. 数学严谨性： 严格的公式推导，避免仅依赖经验公式。 2. 工程导向： 强调实际应用的计算方法和摄动分析。 3. 全面覆盖： 从基础两体到复杂多体摄动，覆盖了工程实践中的主要领域。 4. 侧重工具： 引导读者理解如何将理论转化为可操作的数值模型。

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这本书，坦率地说，是我在准备我的轨道力学课程时遇到的最棒的学习伴侣。它不仅仅是一本教科书，更像是一位循循善诱的老师，带领我一步一步地探索轨道力学的奥秘。我必须强调的是，作者在内容的组织和呈现上，展现出了非凡的才华。他没有选择将读者淹没在海量的公式和复杂的数学推导中，而是将复杂的概念分解成易于消化的单元，并且用非常清晰、直观的语言进行解释。我印象特别深刻的是书中对于“轨道摄动”的讲解，作者并没有简单地罗列各种摄动源，而是详细分析了它们对卫星轨道产生的具体影响，并且提供了相应的数学模型来描述这些影响。书中的插图和图表更是功不可没，它们为我提供了关键的视觉辅助，让我在理解那些抽象的矢量和坐标变换时，能够拥有一个清晰的认知框架。例如，在讲解如何计算轨道周期和能量时，书中提供的详细图示，让这些原本枯燥的数学公式变得生动起来。此外，本书还提供了大量的练习题，这些题目从易到难，覆盖了教材中的各个知识点，对于巩固和检验学习成果起到了至关重要的作用。我特别喜欢的是，书中的练习题往往会结合实际的工程问题，让我能够将所学知识应用于解决实际挑战。总的来说，这本《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》不仅在学术上具有极高的价值，更在教学方法上独具匠心，它是我在轨道力学学习道路上不可或缺的指引。

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这本书绝对是我近几年来读过的最令人印象深刻的工程类教材之一。从我翻开第一页的那一刻起，就有一种深深的敬畏感油然而生，作者在将如此复杂且抽象的轨道力学概念清晰地呈现给工程专业学生方面所付出的努力，简直是令人惊叹。这本书的结构设计非常合理，循序渐进，从最基础的牛顿万有引力定律和开普勒定律开始，逐步深入到更高级的主题，如轨道摄动、轨道转移以及姿态动力学。我尤其欣赏书中大量的图示和例子，它们不仅仅是枯燥的数学公式的辅助，更是真正帮助我理解那些高难度概念的关键。例如，在解释霍曼转移轨道时，作者不仅给出了详细的数学推导，还配以清晰的矢量图，让我能直观地理解不同轨道之间的能量变化和速度增量。书中对于数值方法的介绍也非常详尽，提供了实际操作的指导，这对于未来在工程实践中运用这些理论知识至关重要。我曾尝试过阅读其他几本关于轨道力学的书籍，但它们要么过于理论化，要么过于简化，都无法像这本书一样，在深度和易读性之间取得如此完美的平衡。这本书的语言风格也十分严谨且专业，但同时又不会让人感到枯燥乏味，作者在必要的时候会插入一些历史轶事或者实际应用的案例，让学习过程更加生动有趣。总而言之，这本《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》不仅是一本教科书，更是一本能够激发我对航天工程领域更深层次探索欲望的宝典。它为我打下了坚实的理论基础，并且让我对未来从事相关工作充满了信心。

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毫不夸张地说，这本《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》是我学习轨道力学以来遇到的最棒的教材。它的内容涵盖之广、讲解之深，以及其极强的工程实践指导意义，都让我印象深刻。作者在梳理和呈现如此复杂的概念时，展现出了非凡的功力。我尤其喜欢它由浅入深的讲解方式，从最基础的二体问题，逐步深入到多体动力学、轨道摄动和轨道控制等更高级的主题。书中大量的图示和表格，为我理解那些抽象的物理过程提供了极大的便利。例如，在讲解“轨道参数”时，作者不仅给出了详细的定义，更是用生动形象的图示展示了这些参数如何决定轨道的形状和方向。我最受启发的是书中关于“轨道转移”的章节，作者详细介绍了霍曼转移、双椭圆转移等多种策略，并且分析了它们各自的优缺点以及适用场景，这对于我理解如何高效地将航天器从一个轨道转移到另一个轨道至关重要。本书第二版在内容上也进行了更新，加入了许多关于现代航天任务，例如近地轨道卫星星座的部署和管理，以及深空探测任务中的轨道设计等方面的讨论，这让我在学习经典理论的同时，也能了解到最新的工程实践。这本书的语言风格也十分专业且易于理解，即使是初学者也能从中受益匪浅。

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我必须承认，在决定购买这本《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》之前，我确实有过一些犹豫。毕竟，轨道力学这个主题听起来就相当艰深，而且我之前接触过的类似书籍，要么充斥着令人生畏的数学公式，要么就过于侧重理论的抽象性，很难与实际工程应用联系起来。然而，这本第二版彻底颠覆了我的这些顾虑。作者以一种近乎艺术的方式，将复杂的轨道动力学原理娓娓道来。最让我惊喜的是，书中对每一个概念的讲解都伴随着大量的可视化辅助，从简单的矢量图到更复杂的模拟图，这些图像不仅仅是点缀，它们是理解关键概念的“桥梁”。比如，在讲解轨道参数时，作者不仅仅列出了诸如半长轴、偏心率、倾角等参数的定义，更是用生动形象的图示展示了这些参数如何影响轨道的形状和方向。书中对于轨道方程的推导过程也清晰明了，逐步引导读者理解每一个数学步骤的意义，而不是简单地丢给公式。更重要的是，作者没有回避在工程实践中会遇到的实际问题，比如如何考虑大气阻力、太阳光压等摄动因素对轨道的影响，并且提供了处理这些问题的思路和方法。书中还引入了一些重要的数值方法，这对于需要进行轨道计算和模拟的工程师来说，无疑是宝贵的财富。我尤其喜欢书中关于轨道转移策略的章节，它不仅仅介绍了理论上的方法，还探讨了在实际任务中如何权衡效率和燃料消耗。这本书的语言风格也相当得体，既有严谨的学术性，又不失通俗易懂的解释，即使是对于初学者，也能循序渐进地掌握核心内容。

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在我接触《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》之前，我对轨道力学的理解仅限于一些浅显的认识。然而，这本书的出现，彻底改变了我的认知。作者以一种极其系统和深入的方式，将轨道力学的核心概念一一呈现。我尤其欣赏书中对数学推导的严谨性，每一个公式的出现都有其明确的逻辑依据，并且作者会详细解释这些公式的物理意义，避免了机械的记忆。书中大量的插图和图表，更是我学习过程中的重要财富，它们将那些抽象的数学模型具象化，使得我能够更直观地理解轨道形状、轨道参数以及轨道速度之间的关系。我最喜欢的是关于“轨道设计”的章节，它不仅仅是理论的陈述，更是指导读者如何根据任务需求，设计出最优的轨道。书中提供的详细步骤和计算方法，为我未来在实际工程中进行轨道设计提供了坚实的基础。此外，本书第二版在内容上进行了更新，加入了许多关于现代航天技术，例如低成本空间探索和商业航天发展等方面的讨论，这让我感觉这本书不仅教授经典知识，更是在引导我思考未来的发展方向。这本书的语言风格也非常出色，既有学术的严谨，又不失启发性，让我在阅读中不断获得新的灵感。

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对于很多像我一样，对航天工程怀有憧憬，但又对轨道力学感到一丝畏惧的学生来说，《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》这本书无疑是一座灯塔。我不得不说，作者在将如此复杂和精密的学科概念，以一种易于理解且极具吸引力的方式呈现出来方面，做得非常出色。我最欣赏的是它细致入微的讲解方式，每一个公式、每一个定理，都经过了细致的推导和详尽的解释，绝不会让读者感到突兀或者困惑。书中穿插的大量图例和示意图，更是将那些抽象的数学模型具象化，让我在阅读时仿佛置身于一个立体的空间，能够清晰地观察到卫星的运动轨迹、轨道参数的变化，以及不同轨道机动操作的原理。我尤其对关于轨道力学中的“参考系”和“坐标系”的章节印象深刻，作者用非常清晰的语言和图示，解释了不同参考系之间的转换，这对于理解和计算轨道至关重要。此外，本书在内容上紧跟时代步伐，加入了许多关于现代航天任务，例如空间站轨道维持、星座卫星部署以及深空探测等方面的案例分析，这让我在学习理论知识的同时，也能感受到这些知识在现实世界中的强大应用价值。这本书的排版设计也相当人性化，重点内容突出，公式清晰，阅读起来非常舒适。毫不夸张地说，这本书为我打开了通往轨道力学世界的大门，并且让我对未来的学习和研究充满了信心和期待。

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这是一本真正能够触动人心的工程类教材。《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》超越了我对于一本专业教科书的期待。作者在处理轨道力学这个复杂而迷人的主题时，展现出了非凡的洞察力和高超的教学技巧。我必须说，这本书的结构设计堪称典范，它从最基础的牛顿力学出发，一步步引导读者深入到轨道动力学的核心。最让我惊喜的是，书中对每一个概念的解释都伴随着大量的辅助材料，包括详细的推导过程、直观的图示以及贴合实际的工程案例。我尤其欣赏书中关于“轨道摄动”的章节，作者不仅仅列举了各种摄动源，更重要的是，他详细分析了这些摄动对航天器轨道的影响，并且提供了相应的数学模型和处理方法，这对于未来进行精确轨道计算至关重要。书中对于“轨道稳定性和非线性动力学”的讨论也让我大开眼界，它让我理解到，在看似简单的轨道运动背后，隐藏着如此复杂的动力学行为。此外，本书的第二版在内容上进行了更新，加入了许多关于现代航天技术的讨论，例如多体动力学在复杂航天器系统中的应用，以及对天体轨道动力学前沿研究的探讨，这使得这本书在保持经典理论的同时，也紧跟时代发展的步伐。这本书的语言风格也十分独特，既有学术的严谨，又不失启发性，让我能在阅读中不断产生新的思考。

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在我开始阅读《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》之前，我曾以为轨道力学是一门纯粹的理论学科，充斥着晦涩难懂的公式和抽象的概念。然而，这本书彻底改变了我的想法。作者以一种近乎诗意的笔触，将看似高深莫测的轨道力学原理，以一种清晰、生动且充满启发性的方式展现出来。从我翻开第一页开始，我就被它严谨的逻辑结构和循序渐进的讲解方式所吸引。书中对于每一个概念的阐释都力求做到深入浅出，并且辅以大量的图示和例子，这使得我在理解那些复杂的物理过程时，能够事半功倍。我尤其对书中关于“轨道机动”的章节印象深刻，作者不仅详细介绍了各种轨道转移策略的数学原理，还结合了实际的航天任务案例，让我能够更直观地理解这些策略在实际应用中的意义和挑战。书中对于“姿态动力学”的探讨也让我受益匪浅，它详细讲解了如何控制和维持航天器的姿态，这对于任何一项成功的航天任务都至关重要。此外，本书的第二版在内容上进行了更新，加入了许多关于现代航天技术发展趋势的讨论，例如卫星星座的轨道设计和空间碎片问题等，这让我感觉自己不仅仅是在学习一门学科，更是在了解一个充满活力的前沿领域。这本书的语言风格也非常独特，既有学术的严谨性，又不失人文的关怀，读起来令人心旷神怡。

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当我拿到《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》这本书时，我的第一个念头就是：“这下可有的忙了。”轨道力学，这个在我脑海里一直与浩瀚星空和精密计算联系在一起的学科，总让我觉得它遥不可及。然而，这本书的出现，彻底改变了我的看法。作者的写作风格简直是将一个原本可能枯燥乏味的主题，变成了一场引人入胜的智力冒险。书中的逻辑结构非常清晰，从最基础的物理定律出发，层层递进，直到最复杂的轨道设计和分析。我特别欣赏书中对于每一个概念的深入剖析，例如，在讲解“二体问题”时，作者不仅仅给出了数学上的描述，还详细解释了其物理意义以及为什么它是轨道力学的基石。书中的例子也是我学习过程中的重要伙伴，它们往往能将抽象的理论转化为具体的工程场景，让我能更直观地理解公式背后的含义。比如，在描述卫星在不同轨道上的运行速度和周期时，书中提供的具体数值和图表，让我对这些概念有了切实的体会。而且，本书的第二版在内容上进行了更新和扩展，增加了许多关于现代航天技术和前沿研究的讨论，这让我感觉自己不仅是在学习经典理论，更是在接触这个领域的最新发展。书中对于数值计算方法的介绍，也为我提供了实践的工具，让我不再只是纸上谈兵。总的来说，这本书是一部集学术严谨性、工程实用性和启发性于一体的杰作，它为任何想要深入了解轨道力学的工程学生提供了无与伦比的资源。

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在我深入研究《Orbital Mechanics for Engineering Students, Second Edition》之前，轨道力学对我来说，更像是一个存在于科幻小说中的概念。然而，这本书以其清晰、严谨且极富启发性的内容，彻底改变了我的看法。作者在将如此抽象而复杂的领域呈现给工程专业学生方面，做得非常出色。我尤其赞赏书中对每一个概念的细致讲解，例如，在解释“万有引力定律”和“开普勒定律”时，作者不仅仅给出了数学公式，更重要的是，他详细阐述了这些定律的物理意义以及它们如何指导航天器的运动。书中的大量图示和示意图，更是让我受益匪浅，它们将那些抽象的数学模型具象化，使得我能够更直观地理解轨道形状、轨道速度以及轨道周期之间的关系。我最喜欢的是关于“轨道设计”的章节，它不仅仅是理论的堆砌，更是指导读者如何根据实际任务需求，设计出满足特定条件的轨道。书中提供的详细计算步骤和方法，为我未来在实际工程中进行轨道设计提供了宝贵的参考。此外，本书第二版在内容上也进行了更新，加入了许多关于现代航天技术，例如低成本空间探索和商业航天发展等方面的讨论，这使得这本书不仅教授经典知识，更是在引导我思考未来的发展方向。这本书的语言风格也十分专业且易于理解，即使是初学者也能从中受益匪浅。

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