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☆☆☆☆☆

出版者:中国铁道出版社

作者:雷晓燕

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:2002-8

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787113045906

丛书系列:

图书标签:

轨道力学
航天工程
空间动力学
轨道设计
轨道控制
天体力学
优化算法
工程应用
数学模型
仿真技术

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具体描述

《轨道力学与工程新方法》系统地论述和总结了国内外学者近10年来应用新理论和新方法在轨道力学与轨道工程领域内所进行的研究工作。主要内容包括轨道结构分析内容及其界限值，车辆-轨道耦合系统竖向和空间振动模型以及求解其动力方程的数值算法，轨道不平顺功率谱及数值模拟，轨道过渡段竖向振动仿真，无缝线路稳定性分析，轨道结构可靠性分析，轮轨噪声研究方法与进展及钢轨打磨原理及其应用。书中内容取村新颖，跟踪学术前沿。同时注重联系实际、增加信息量。期望把国内外学者在本领域内的最新研究成果和发展动向介绍给读者。《轨道力学与工程新方法》可作为工科院校道路与铁道工

《星辰之间：宇宙航行的艺术与科学》序言自古以来，人类便仰望星空，对那无垠的黑暗与闪烁的星辰充满了好奇与遐想。从神话传说中的飞天梦想，到伽利略的望远镜揭示宇宙的奥秘，再到齐奥尔科夫斯基、戈达德与奥伯特等先驱者奠定的火箭技术基石，人类探索宇宙的脚步从未停歇。而今，随着科技的飞速发展，将探测器送往遥远的行星，将宇航员送往近地轨道，甚至规划载人登陆月球和火星的任务，已不再是遥不可及的梦想，而是正在变为现实的壮丽篇章。《星辰之间：宇宙航行的艺术与科学》一书，旨在深入剖析人类如何跨越地球的引力束缚，在浩瀚的宇宙空间中规划、执行并成功完成各类航天任务的背后所蕴含的科学原理、工程技术与决策艺术。本书将带领读者穿越复杂的轨道计算，领略精准的飞行动力学，感受尖端的航天器设计，品味严谨的任务规划，并展望未来深空探索的无限可能。第一章：地球的引力之缚与逃逸的渴望万物皆有引力，地球的引力更是将我们牢牢束缚在其表面。本书的第一章将从牛顿万有引力定律出发，深入浅出地解析引力如何影响天体的运动，并阐述了地球引力势能的概念。我们将探讨为何物体需要达到一个特定的速度才能摆脱地球的引力束缚，即“逃逸速度”，并以此引出第一宇宙速度（环绕地球的轨道速度）和第二宇宙速度（地月转移轨道速度）等关键概念。本章将详细介绍不同轨道速度对应的运动轨迹，从抛物线到椭圆，再到双曲线。我们将分析抛物线运动如何实现短暂的弹道飞行，而椭圆轨道则是航天器进行星际旅行的基石。同时，本章还将引入能量守恒定律在轨道力学中的应用，解释为何在没有外力干扰的情况下，航天器的轨道能量是恒定的。此外，我们还将简要回顾历史上人类为克服地球引力所做的早期尝试，包括那些充满智慧与勇气的思想实验和技术设想。第二章：轨道力学的基石——万有引力与摄动本章将深入探讨天体运动的根源——万有引力。我们将详细阐述开普勒三大定律，即行星运动定律，并分析它们如何描述天体在引力场中的运动轨迹。读者将了解到，开普勒定律虽然简洁优美，但它是在理想化的二体系统（例如，只有太阳和地球）下推导出的。然而，现实宇宙并非简单的二体系统。本章的重点将放在“摄动”的理论上。我们将分析多体引力对轨道的影响，例如月球对地球卫星轨道的干扰，太阳系内其他行星对探测器飞行轨道的微小但累积的影响。我们将介绍各种摄动因素，包括但不限于：中心天体形状不规则性（非球形摄动）：地球、月球并非完美的球体，其不规则的质量分布会对近地轨道上的航天器产生额外的引力作用。太阳辐射压：太阳光照射在航天器表面时会产生一个微小的推力，虽然微弱，但对于长期任务而言，其累积效应不可忽视。大气阻力（近地轨道）：即使在稀薄的上层大气中，航天器也会受到微弱的阻力，导致轨道衰减。潮汐力：其他天体的引力作用会在航天器内部以及其表面产生潮汐效应，影响其姿态和轨道。我们将介绍描述这些摄动的数学模型和分析方法，并解释为何精确预测和控制轨道至关重要。对于长期在轨运行的航天器，例如地球观测卫星或空间站，准确预报其轨道并进行必要的轨道维持是一项复杂而精密的工程。第三章：航天器的“心脏”与“神经系统”——推进系统与姿态控制要实现从地球的束缚中逃逸，并精准地在宇宙中导航，强大的推进系统是必不可少的。本章将详细介绍各种类型航天推进系统的原理与应用。化学推进系统：这是目前最主流的推进技术。我们将深入探讨不同类型的化学燃料，如液氧/煤油、液氧/液氢，以及固态燃料的工作原理。我们将分析火箭发动机的推力生成机制，包括燃烧室内的化学反应、喷管的膨胀加速过程，以及比冲（衡量推进剂效率的关键指标）的概念。读者将了解到，火箭的质量越大，所需的燃料就越多，形成一个“飞轮效应”，这正是齐奥尔科夫斯基火箭方程所描述的。电推进系统：随着对更高效率和更长任务时间的追求，电推进系统正变得越来越重要。本章将介绍离子推进器、霍尔推进器等先进技术的原理，它们利用电场或磁场加速电离的工质，产生极高的比冲，虽然推力较小，但可以长时间工作，实现高效的轨道转移。核推进系统（展望）：我们还将简要展望核推进技术，例如核热火箭和核电推进，它们有望为未来的深空探索提供更强大的动力。除了提供前进的动力，精确控制航天器的姿态也同样关键。本章将介绍姿态控制系统（ACS）的组成与功能。反作用轮（Reaction Wheels）：它们通过改变转速来产生反作用力矩，从而改变航天器的指向。推力器（Thrusters）：小型化学或冷气推力器用于进行姿态调整，尤其是在需要快速改变姿态或对抗外部力矩时。磁力矩器（Magnetorquers）：利用地球磁场产生力矩，适用于近地轨道航天器。我们将探讨如何通过这些设备协同工作，实现航天器的精确指向，确保科学仪器的对准、太阳能电池板的朝向，以及通信天线的指向。第四章：宇宙中的“ GPS ”——轨道确定与轨道机动在广阔的宇宙中，准确知道航天器“身在何处”是所有任务成功的先决条件。本章将聚焦于轨道确定（Orbit Determination）这一核心技术。测量技术：我们将介绍各种测量技术，包括地面站的雷达跟踪、光学观测，以及星载传感器（如星敏感器）提供的测量数据。观测方程与滤波：读者将了解到如何将原始测量数据转化为航天器的位置和速度信息，通过建立观测方程，并应用卡尔曼滤波等先进的估计算法，来融合多源测量数据，不断优化轨道参数的估计，并减小误差。轨道机动：一旦确定了航天器的轨道，我们就需要对其进行精确的控制，以实现预定的任务目标。本章将详细阐述各种轨道机动（Orbital Maneuvers）的原理与策略。变轨机动：如何通过短暂的点火来改变航天器的轨道参数，例如改变轨道高度、改变轨道倾角，或进行星际转移。我们将分析霍曼转移轨道（Hohmann Transfer Orbit）等经典变轨方法，以及它们在实现能量最优转移中的作用。轨道维持：对于长期在轨的航天器，由于各种摄动力的存在，其轨道会发生漂移，需要定期进行轨道维持机动，以保持在预定的轨道上。交会与对接：在执行空间站对接、月球轨道捕获等任务时，需要进行高度精密的相对轨道控制，以实现航天器之间的安全接近与连接。本章将通过实际的例子，阐述如何运用数学模型和计算工具，设计并执行这些至关重要的轨道机动。第五章：深空探测的导航艺术——行星际转移与目标捕获本书的第五章将目光投向更遥远的宇宙，探讨深空探测任务中的独特挑战与解决方案。行星际转移轨道：将航天器从地球轨道送往火星、木星或其他行星，需要经过精心设计的行星际转移轨道。我们将详细介绍“弹道捕获”与“能量捕获”等概念，并分析如何利用引力助推（Gravity Assist）技术，即利用行星的引力加速或减速航天器，以节省燃料并缩短旅行时间。我们将探讨“开普勒轨道”与“施瓦西轨道”在行星际旅行中的应用，并介绍如何在复杂的多体引力场中精确计算和规划行星际航线。目标捕获：当航天器接近目标行星或卫星时，需要进行复杂的捕获机动，使其进入目标天体的引力束缚。我们将分析如何通过减速点火，将高速飞行的航天器减速至能够进入环绕轨道的速度。着陆与巡航：对于需要登陆地表或进行轨道巡航的任务，我们将探讨相应的导航与控制策略，包括大气层进入时的减速、动力下降过程中的精确控制，以及在未知地形上进行安全着陆的技术。本章将涉及天文学中的一些重要概念，如“窗口期”（Launch Window），即每次发射任务的最佳时间段，以及不同行星之间的相对位置对任务设计的影响。第六章：任务设计与风险管理——从概念到现实的挑战任何一项成功的航天任务，都离不开严谨的任务设计和周密的风险管理。本章将从工程管理的视角，审视航天任务的整个生命周期。任务目标设定与需求分析：如何根据科学目标和战略需求，确定航天任务的关键指标，并将其转化为具体的航天器设计参数和性能要求。轨道设计与任务规划：基于轨道力学原理，设计最优的飞行轨道，确定飞行路径、时间节点以及关键的轨道机动序列。航天器系统设计：简要介绍航天器各子系统的功能，包括结构、热控、电源、通信、导航、制导与控制（GNC）等，以及它们如何协同工作以完成任务。任务仿真与测试：在任务执行前，通过详细的仿真和严格的地面测试，验证航天器的设计和任务规划的有效性，以及潜在风险的规避。风险评估与缓解：识别任务过程中可能出现的风险，例如设备故障、轨道偏差、意外天文现象等，并制定相应的应对策略和备份方案。地面支持与测控通信：详细介绍地面测控站的作用，如何实时监测航天器的状态，并向航天器发送指令。本章强调，航天任务的成功是科学、工程、管理与团队协作共同作用的结果。第七章：未来的星辰大海——深空探索的新 frontier 本书的最后一章将展望未来，探讨人类在深空探索领域的新趋势与新可能。小行星采样返回任务：介绍从近地小行星采样并将其带回地球的复杂技术与意义。载人火星探测：探讨实现载人火星任务所需克服的重重挑战，包括长途旅行的生命维持、辐射防护、心理健康以及火星着陆与驻留技术。系外行星探测与地外生命搜寻：介绍利用先进的望远镜和探测器，搜寻可能存在生命的系外行星，并进行地外生命迹象的探测。空间资源利用：探讨在月球、小行星等天体上开发和利用资源的潜在应用，例如用于就地制造燃料或建筑材料。新型推进技术：展望更先进的推进技术，如聚变推进、反物质推进等，它们可能为人类实现超光速旅行或快速星际旅行提供可能。《星辰之间：宇宙航行的艺术与科学》不仅是一本关于轨道力学和工程方法的教科书，更是一次对人类探索未知、挑战极限的壮丽征程的致敬。它希望激发读者对宇宙的敬畏，对科学的好奇，以及对人类未来无限可能的憧憬。在这本书中，你将看到，每一次成功的发射，每一次精准的轨道调整，每一次成功的着陆，都是智慧、勇气与不懈努力的结晶，是人类文明向星辰大海迈进的坚实步伐。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我注意到这本书的排版和插图质量非常高，这一点对于需要理解复杂几何关系和运动轨迹的读者来说至关重要。很多抽象的概念，例如高阶谐波扰动的影响或是多体问题中的稳定性边界，仅靠文字描述是很难建立直观认知的。但这本书的配图非常精美且信息密度适中，它们不仅仅是装饰，更是辅助理解的关键工具。例如，在讲解引力场建模时，书中提供的三维动态图示（如果能想象成动态的），能瞬间揭示出不同阶数项对卫星轨迹的细微改变。此外，书后的附录部分也做得非常厚道，里面包含了大量实用的参考数据和常用的坐标系转换矩阵，这极大地节省了我们查阅其他资料的时间。可以说，这本书在细节上投入的精力，体现了作者对读者体验的尊重，让复杂的学习过程变得相对顺畅和愉悦。这绝对是那种我愿意放在书架上随时可以翻阅，而不是只读一遍就束之高阁的工具书。

评分☆☆☆☆☆

从一个资深航天爱好者的角度来看，这本书的价值在于它成功地架设了一条从经典物理到前沿工程实践的桥梁。很多市面上流行的“轨道力学”书籍，要么过于偏向理论物理的严谨性，导致工程应用脱节；要么过于偏向应用软件的操作指南，使得读者对背后的原理一知半解。而这本书的独特之处，恰恰在于它对“工程方法”的强调。作者似乎一直在提醒我们，所有的计算和模型最终都要服务于任务的成功。在讨论到轨道机动优化时，他不仅展示了数学上的最优解，还结合了燃料消耗、时间限制以及执行机构的实际能力来讨论“可行解”的选取，这才是真正的工程思维。这种深入骨髓的实用主义精神，使得这本书超越了一般的学术著作，成为了一本面向未来解决实际问题的“兵书”。我期待后续能看到作者推出关于更高阶非线性动力学或智能控制在轨道工程中应用的扩展篇章。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的阅读体验有点像在攀登一座结构精良但难度不低的学术山峰。它的深度是毋庸置疑的，对于初学者来说，可能需要付出更多的时间和精力去消化前几章铺垫的数学基础，因为作者对某些高等数学工具的使用是相当熟练且毫不含糊的。但是，一旦你跨过了初期的门槛，你会发现作者在构建整个知识体系时所展现出的逻辑连贯性是多么强大。每一章的内容都不是孤立的，而是层层递进，相互支撑。我特别喜欢书中对“误差分析与容错设计”的处理方式，这通常是很多教材容易忽略的工程实践核心。作者详细论述了在真实航天环境下，不同误差源如何累积以及如何通过优化的轨道控制策略来最小化影响。这使得这本书不仅仅是一本理论手册，更像是一部结合了概率论和最优化方法的工程实践指南。阅读过程中，我时不时会停下来，在草稿纸上重新验证作者的推导，每一次都能感受到那种严密的逻辑美感。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个非常偶然的机会下接触到这本书的，当时正在为一个复杂的卫星编队控制问题苦恼，传统的参考资料似乎都停留在上个世纪的范式中，缺乏对现代复杂系统建模的有效指导。这本书的出现，可以说是为我打开了一扇新的窗户。它在处理那些非标准轨道动力学问题时，展现出的那种融汇贯通的分析能力令人印象深刻。我特别留意了其中关于“摄动分析”的那几个章节，作者似乎非常注重数值稳定性和计算效率，很多推导过程都清晰地展示了如何将数学上的严谨性转化为工程上可操作的算法。更难得的是，书中穿插了一些作者参与的实际项目案例的影子，虽然没有透露具体机密信息，但那种“实战经验”的沉淀，使得理论的讲解不再是空中楼阁。对于那些希望从“会算”到“会设计”的工程师来说，这本书提供的思维框架和工具箱价值巨大，它教会的不是如何套用公式，而是如何构建解决新问题的分析体系。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很引人注目，那种深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，透着一股严谨而专业的学术气息。我原本以为内容会是那种枯燥乏味的纯理论堆砌，但翻开第一章，我就被作者对基础概念的阐述方式所吸引。他没有直接抛出复杂的公式，而是从更宏观的视角切入，将轨道力学这门学科与现实中的航天任务紧密结合起来，让人立刻感受到它与实际工程应用的紧密联系。特别是对经典轨道动力学模型的梳理，作者的处理方式非常巧妙，他不是简单地重复教科书上的内容，而是加入了许多自己对这些模型的深入理解和批判性思考，这对于一个已经有一定基础的读者来说，是极其宝贵的。我尤其欣赏作者在引入新概念时所采用的“逐步深入”的策略，总能在关键节点提供恰到好处的类比或历史背景介绍，使得原本抽象的物理图像变得清晰可见。读到后来，我发现自己对一些过去模糊不清的细节突然有了豁然开朗的感觉，这绝对是一本值得反复研读的入门或进阶参考书。

评分☆☆☆☆☆