航天器轨道确定

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出版者:第1版 (2007年1月1日)
作者:于志坚
出品人:
页数:294
译者:
出版时间:2007-1
价格:20.00元
装帧:平装
isbn号码:9787118048797
丛书系列:
图书标签:
  • 航天专业
  • 轨道确定
  • 航天器
  • 轨道力学
  • 导航
  • 控制
  • 姿态
  • 空间动力学
  • 卫星
  • 天体力学
  • 测量
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具体描述

本书的主要内容有4个方面:(1)与航天器轨道确定有关的时空系统:(2)地基与天基的测量模型及其数据预处理:(3)在二体意义下航天器初定轨的一整套几何解算模型及其相应的解算步骤;(4)在统计学意义下的航天器精定轨的一整套力学模型、测量模型偏导数、数值法定轨算法。另外,还包括初定轨和精定轨的典型算例。

本书可作为航天器轨道设计和测控工作的工程技术人员的参考书,也可作为相关领域研究生的教学参考书。

好的,这是一份关于一本名为《深空探测器的星际导航艺术》的图书简介。 《深空探测器的星际导航艺术:超越地月系域的自主与协同》 图书简介 本书深入剖析了现代深空探测任务中,导航、制导与控制(GNC)系统的核心理论、关键技术及其在行星际尺度上的工程实践。它不再局限于传统航天器轨道动力学在近地或地月空间的精确建模,而是将视野投向太阳系内乃至更远的星际空间,探讨如何在缺乏实时地面测控支持的环境下,实现航天器的高精度自主导航与精准轨迹控制。 第一部分:行星际导航理论基础与挑战 本书首先建立了一个坚实的理论框架,用于理解和克服深空导航的固有难题。 1. 复杂引力场下的动力学建模: 传统的二体或三体模型已无法满足深空任务对精度和可靠性的要求。本书详尽阐述了如何构建高精度的多体动力学模型,精确纳入太阳系内所有主要行星、大型卫星、小行星以及太阳辐射压力、行星际磁场等微小扰动力矩的影响。特别关注了在转移轨道、行星捕获轨道以及行星际巡航阶段,如何利用拉格朗日点周围的周期性轨道特性进行优化设计。 2. 远距离测量的局限性与误差分析: 随着航天器飞离地球,信号延迟和信噪比的急剧下降对定轨精度构成根本性挑战。书中详细分析了深空网络(DSN)测距、多普勒频移、甚长基线干涉测量(VLBI)等观测量的物理限制。重点讨论了如何量化和建模由太阳系内等离子体湍流、仪器误差以及行星际介质不均匀性引入的系统性误差和随机误差。 3. 基于概率的导航框架: 面对观测数据的稀疏性和高不确定性,本书强调了概率导航方法的重要性。卡尔曼滤波及其变种,如扩展卡尔曼滤波(EKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF),被应用于深空状态估计。更进一步,书中探讨了粒子滤波(PF)在处理非线性、非高斯噪声环境下的优势,并结合贝叶斯推断,建立了航天器状态估计的鲁棒性指标。 第二部分:自主导航系统的核心技术 深空任务的冗长时间尺度和不可重复性,使得航天器必须具备高度的自主决策和导航能力。 1. 天文导航与自主星敏感器: 离开了地面站的引导,航天器必须依靠自身携带的传感器。本书深入介绍了新一代星敏感器的设计原理、图像处理算法,以及如何实现对已知恒星、行星、甚至参照系中特定天体的自动识别与姿态确定。重点分析了星图匹配算法的鲁棒性增强技术,以应对宇宙射线、传感器老化导致的图像噪声。 2. 相对导航与避碰: 针对小行星采样、彗星伴飞或系内行星着陆等任务,本书详细阐述了相对导航技术。这包括使用激光雷达(LiDAR)、立体视觉和飞行时间(ToF)传感器,实时测量目标天体或障碍物的距离和相对速度。内容涵盖了三维重建、特征点提取以及基于观测数据的相对状态向量估计方法。 3. 基于模型的自主定轨(MBOG): 当可用测量数据极少时,如何依靠对轨道动力学的深刻理解来维持状态估计?本书介绍了“基于模型的自主定轨”技术,即将预先计算的参考轨道作为强约束条件,结合有限的姿态和推进器工作数据,进行一致性检查和误差修正,显著延长了航天器在“盲飞”阶段的导航可靠性。 第三部分:行星际轨迹优化与制导策略 精准的轨道确定是高效轨迹执行的前提。本书关注如何在实际操作中实现从计算到飞行的平稳过渡。 1. 高效推进的轨道设计: 对于使用离子电推进或太阳帆等低推力系统的任务,精确的轨道设计至关重要。书中介绍了高阶摄动下的最优控制理论应用,例如庞特里亚金极大值原理在寻找最小燃料消耗转移轨道中的应用。内容涉及如何在线规划和调整推力矢量,以适应实时测量的微小轨道偏差。 2. 精确的轨道机动与推力分配: 航天器在轨道修正(TCM)和捕获过程中,需要极高的精度。本书讨论了多种制导律,如比例导航导引(PN)、线性二次型调节器(LQR)在深空变轨中的应用。特别强调了如何处理推进器脉冲的离散性、燃油剩余量限制以及对后续任务点的影响,制定出兼顾精度与效率的推力分配方案。 3. 长期任务的轨道维护与漂移补偿: 穿越太阳系需要数年乃至数十年的航行。本书探讨了如何通过周期性的微小轨道保持机动,补偿长期累积的太阳辐射压力和微小引力摄动,确保航天器能按时到达预定观测窗口,同时最大限度地延长燃料储备。 第四部分:未来趋势与展望 本书最后展望了深空导航技术的前沿发展方向。 1. 深度学习与数据驱动导航: 探讨了卷积神经网络(CNN)在目标识别中的应用,以及循环神经网络(RNN)在时间序列状态预测中的潜力。研究了如何利用深度学习模型来替代或增强传统滤波器的某些复杂环节,提高对未知环境扰动的适应性。 2. 联合感知与协同导航: 针对未来多探测器编队和星座任务,本书介绍了星际空间中的“协同导航”概念,即探测器之间通过星间链路共享观测数据,利用相对几何关系实现相互定位,极大地提高了整体系统的冗余度和精度,实现对区域空间环境的同步感知。 目标读者: 本书面向航天动力学、制导控制、空间科学及相关工程领域的工程师、研究人员、研究生。它不仅为深空任务的规划者提供了严谨的理论工具,更为一线操作人员提供了解决复杂星际导航问题的实用技术指南。通过本书,读者将能全面理解和掌握将探测器安全、高效送达太阳系遥远目标所需的复杂艺术与科学。

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读后感

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用户评价

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这本书的内容深度远超出了我对一本“轨道确定”书籍的预期。它更像是一部关于“信息获取与处理”的跨学科著作。虽然核心是航天器的位置和速度估算,但作者巧妙地将信息论、统计学以及先进的数值计算方法融入其中。例如,在讲解如何从零星的跟踪数据中重建一条完整的轨道时,作者花了大量篇幅讨论了贝叶斯推断在轨道确定中的应用。这种方法论的切换,使得全书的视角变得更加开阔。我甚至觉得,书中所描述的迭代优化过程,与现代金融模型中的风险评估有着异曲同工之妙——都是在不完全信息下做出最优决策。对于那些对算法和数据科学感兴趣的读者来说,这本书提供了绝佳的案例研究,它证明了最硬核的工程问题,最终都需要依赖最优雅的数学工具来解决。阅读过程中,我不断地在思考:我们是如何确定任何一个遥远事物的“存在”与“轨迹”的?

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拿到这本《航天器轨道确定》时,我原本以为会是一本晦涩难懂的专业教材,没想到阅读体验却异常的流畅和引人入胜。它的叙述节奏把握得非常好,从最基础的二体问题入手,层层递进,构建起一个稳固的知识框架。我尤其欣赏作者在介绍各种轨道机动策略时的那种工程美学——如何用最少的燃料和最精妙的推力矢量,实现对既定目标的精确修正。书中对于摄动力的分析尤其精辟,太阳风、地球非球形引力场,这些看似微小的干扰因素是如何被精确量化并纳入计算的,作者的阐释清晰且富有条理。读完关于轨道保持和终末轨道设计的章节,我开始重新审视我们日常生活中的许多精密系统,比如GPS的持续校准,背后是多么复杂的计算和多么严谨的工程设计在支撑。这本书让我看到了工程学中那种“化繁为简,以简驭繁”的极致追求。

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我是一个对历史脉络比较敏感的读者,而《航天器轨道确定》在这方面给了我巨大的惊喜。它不仅仅是一本关于“如何做”的书,更是一本关于“为什么会是这样”的书。作者对于早期天文观测技术与现代射电测距技术之间发展的对比论述,展现了科学史的魅力。他详细描述了如何在没有强大计算机的时代,宇航先驱们如何依靠手摇计算器和极其有限的观测窗口来保障载人航天任务的安全。这种对历史局限性的尊重,反过来凸显了现代轨道确定技术的伟大成就。在介绍大地水准面模型和地球参考系转换的那部分,作者没有生硬地罗列标准,而是解释了这些标准的制定过程中的政治、经济和科学博弈,这让原本枯燥的参考框架变得鲜活起来。这本书像是一扇窗,让我看到了几代科学家为了“看得更远、算得更准”所付出的不懈努力和智慧结晶。

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这本书在结构上给我留下了极其深刻的印象,它并非线性叙事,而更像是一个精密钟表内部的齿轮系统,各个章节相互咬合,共同驱动对“轨道”这一核心概念的全面解析。我尤其欣赏作者在讨论高精度定轨时,对不同误差源进行量化建模的处理方式。不同于市面上其他偏重于软件实现的教材,这本书专注于理论的根基——即任何模型都是对现实的简化,而理解这个简化过程中的系统性误差比单纯应用算法更为重要。书中对卫星姿态动力学与轨道动力学耦合分析的讨论,展现了作者对整个航天器运动学的宏观把握能力。读完后,我仿佛被赋予了一套全新的分析工具,不仅能理解航天器的运动,还能将其思考框架迁移到其他复杂系统的动态分析中去。它提供的是一种思维方式,一种在多尺度、多因素影响下进行精确建模和预测的能力,这对于任何从事高精度科学研究的人来说,都是无价的财富。

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这本书的书名虽然叫《航天器轨道确定》,但我最近读完后,最大的感受却是它如何将枯燥的数学公式和复杂的天体物理原理,以一种近乎诗意的、逻辑严密的叙事方式串联起来。阅读过程中,我仿佛置身于一个巨大的天文台,透过高精度的望远镜,亲眼见证那些卫星如何被精确地“锚定”在浩瀚的宇宙背景中。作者在讲解各种轨道模型时,并没有止步于理论推导,而是大量引入了历史案例,比如早期的弹道学是如何发展为现代轨道动力学的。那些关于开普勒定律的几何诠释,以及如何利用拉格朗日点进行空间站的设想,都被描绘得栩栩如生。尤其是在处理测量误差和数据滤波这一章节,作者展示了极强的洞察力,他没有简单地堆砌卡尔曼滤波的公式,而是深入探讨了信息不完备性对决策制定的影响,让我对“确定性”在不确定环境中的意义有了更深层次的理解。这本书的价值远超一本技术手册,它更像是一部关于人类如何通过智慧与观测来对抗宇宙尺度的无序感的哲学著作。

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