深空探测轨道设计与优化

序

前言

第1章 概述

1.1 引言

1.1.1 深空探测的定义

1.1.2 深空探测轨道设计的特点

1.1.3 本书的主要内容

1.2 轨道动力学中的多体问题与二体问题

1.2.1 轨道动力学中的多体问题

1.2.2 轨道动力学中的理想二体问题

1.3 深空探测中的基本轨道问题

1.3.1 兰伯特问题

1.3.2 影响球与圆锥曲线拼接法

参考文献

第2章 深空探测中的发射机会搜索

2.1 深空探测的发射机会

2.1.1 深空探测中的霍曼转移

2.1.2 深空探测中的会合周期

2.2 基于等高线图的发射机会搜索

2.2.1 等高线图的参数定义

2.2.2 基于等高线图的发射机会搜索方法

2.3 基于智能优化算法的发射机会搜索

2.3.1 发射机会搜索的问题描述

2.3.2 发射机会搜索算法的设计

2.3.3 基于智能优化算法的发射机会搜索方法应用

2.4 太阳系行星探测的发射机会

2.4.1 金星探测的发射机会

2.4.2 火星探测的发射机会

2.4.3 小行星探测的发射机会

参考文献

第3章 深空探测中的轨道机动与脉冲转移

3.1 轨道机动

3.1.1 轨道过渡机动的分类

3.1.2 同平面相交轨道间的过渡机动

3.1.3 异面相交轨道间的过渡机动

3.1.4 同平面不相交轨道间的过渡机动

3.1.5 异面不相交轨道间的过渡机动

3.2 端点时间自由的最优轨道转移

3.2.1 端点时间自由的轨道转移问题描述

3.2.2 端点状态变分关系与边界条件

3.2.3 端点时间自由的最优转移轨道求解

3.3 端点时间固定的最优轨道转移

3.3.1 端点时间固定的轨道转移问题描述

3.3.2 端点时间固定的最优转移必要条件

3.3.3 端点时间固定的最优转移轨道求解

参考文献

第4章 小推力飞行轨道的设计与优化

4.1 小推力转移的动力学模型

4.1.1 笛卡儿坐标系下的动力学模型

4.1.2 经典轨道根数动力学模型

4.1.3 改进春分点轨道根数动力学模型

4.1.4 小推力轨道动力学模型的无量纲化处理

4.2 小推力飞行器的轨道优化模型

4.2.1 笛卡儿坐标系下的小推力轨道优化模型

4.2.2 基于轨道根数的小推力轨道优化模型

4.3 小推力转移轨道的优化方法

4.3.1 小推力转移轨道的直接优化算法

4.3.2 小推力转移轨道的间接优化算法

4.3.3 小推力转移轨道的混合优化算法

参考文献

第5章 借力飞行及其衍生技术

5.1 借力飞行的基本原理

5.2 借力飞行的机理分析

5.2.1 基于二体模型的借力飞行分析

5.2.2 基于圆形限制性三体模型的借力飞行分析

5.2.3 基于椭圆形限制性三体问题模型的借力飞行分析

5.3 有推力借力飞行技术

5.3.1 有推力借力问题的描述

5.3.2 基于二体模型的有推力借力分析

5.3.3 基于限制性三体模型的有推力借力飞行分析

5.4 气动-借力飞行技术

5.4.1 气动-借力飞行的基本原理

5.4.2 气动-借力飞行的参数分析

参考文献

第6章 基于动平衡点的深空探测轨道设计

6.1 动平衡点及其稳定性

6.1.1 圆形限制性三体问题与动平衡点

6.1.2 雅可比积分与希尔域

6.1.3 平衡点的稳定性

6.2 动平衡点附近的周期轨道

6.2.1 动平衡点附近的运动

6.2.2 动平衡点附近周期轨道的确定

6.3 不变流形结构与深空探测转移轨道设计

6.3.1 动平衡点附近周期轨道的流形结构

6.3.2 基于不变流形的动平衡点转移轨道设计

6.3.3 基于不变流形的深空探测转移轨道设计

参考文献

第7章 深空多目标交会转移轨道设计

7.1 多天体借力序列的选择

7.1.1 借力飞行的能量图谱

7.1.2 借力飞行序列的选择

7.2 基于能量匹配拼接的多天体借力飞行轨道设计

7.2.1 能量匹配拼接的借力飞行轨道设计原理

7.2.2 能量匹配拼接的深空探测借力飞行轨道设计与分析

7.3 多天体借力飞行的混合设计方法

7.3.1 多天体借力飞行转移轨道问题描述

7.3.2 多天体借力飞行转移轨道的混合设计方法

参考文献

第8章 小天体附近的轨道动力学与运动分析

8.1 小天体的引力位模型

8.2 小天体附近的平衡点及周期轨道

8.2.1 小天体附近的平衡点

8.2.2 小天体平衡点附近的运动

8.2.3 小天体平衡点附近的周期与拟周期轨道

8.3 环绕慢自旋小天体轨道的稳定性分析

8.3.1 小天体扁率和椭率的摄动分析

8.3.2 天平面冻结轨道

8.3.3 环绕小天体轨道的控制

参考文献

第9章 深空探测任务的实践与轨道分析

9.1 美国Galileo任务轨道方案

9.2 美国NEAR任务的轨道设计与分析

9.2.1 NEAR任务概述

9.2.2 NEAR任务转移轨道方案设计与分析

9.3 美国DAWN任务轨道设计与分析

9.3.1 DAWN任务概述

9.3.2 DAWN任务转移轨道方案设计

9.4 欧洲空间局ROSETTA任务

9.4.1 ROSETTA任务概述

9.4.2 ROSETTA任务约束分析

9.4.3 ROSETTA任务转移轨道方案设计与分析

9.5 EXPEDITION构想任务轨道设计与分析

9.5.1 EXPEDITION任务概述

9.5.2 EXPEDITION任务转移轨道方案设计

参考文献

《深空探测轨道设计与优化》是深空探测轨道动力学领域的一本专著，共分9章，主要内容包括：深空探测轨道设计的特点及其相关的基本轨道问题、深空探测中的发射机会搜索问题、轨道机动与轨道转移、小推力转移轨道设计与优化、借力飞行及其衍生技术、基于动平衡点的深空探测轨道设计、深空中多目标交会探测轨道设计、小天体附近的轨道动力学与运动分析、深空探测的任务实践与轨道分析等。全面系统地阐述了深空探测轨道设计与优化相关的理论与方法、模型、机理等。《深空探测轨道设计与优化》内容丰富翔实，具有较强的前沿性和实用性。
　　《深空探测轨道设计与优化》可供从事航天任务设计的研究人员和工程设计人员参考，也可作为高等院校飞行器设计及相关专业研究生和本科高年级学生的参考教材。