細(xì)長小行星探測動(dòng)力學(xué)與控制
定 價(jià)：79 元
叢書名：中國航天科技前沿出版工程·中國航天空間信息技術(shù)系列
- 作者：曾祥遠(yuǎn)、李俊峰、劉向東
- 出版時(shí)間：2019/8/1
- ISBN：9787302522737
- 出 版 社：清華大學(xué)出版社
- 中圖法分類：V476.4
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
太陽系內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的小行星數(shù)以百萬計(jì)，它們形態(tài)各異，存在諸多不同于地球等大行星的奇特動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。為深入理解和揭示上述現(xiàn)象的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，書中選取細(xì)長小行星為研究對(duì)象，分析不規(guī)則引力場特征及其繞飛探測器動(dòng)力學(xué)特性等。全書共計(jì)6章，主要內(nèi)容分為兩大部分： (1)小行星引力場描述不規(guī)則引力場建模方法、Chermnykh偶極子模型及其改進(jìn)模型的動(dòng)力學(xué)特性分析，包括引力平衡點(diǎn)分布、平衡點(diǎn)穩(wěn)定性與局部流形等； (2)小行星引力場中質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)，包括自然周期軌道、廣義甩擺軌道、太陽帆航天器本體懸停軌道等。本書可供航天動(dòng)力學(xué)、深空探測等領(lǐng)域研究者參考，也可供對(duì)小行星探測感興趣的人員閱讀。
本書是不規(guī)則小行星探測動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域的一本專著，選取具有典型不規(guī)則外形的細(xì)長小行星為研究對(duì)象，研究其引力場特征及附近動(dòng)力學(xué)特性。全書共計(jì)6章，主要內(nèi)容可分為兩大部分：(1) 細(xì)長小行星的一類引力場模型雙質(zhì)點(diǎn)偶極子模型動(dòng)力學(xué)特性分析，包括傳統(tǒng)偶極子模型與改進(jìn)模型的平衡點(diǎn)分布、穩(wěn)定性及局部流形等；(2) 細(xì)長小行星引力場內(nèi)的軌道動(dòng)力學(xué)，包括廣義甩擺軌道、懸停軌道及自然周期軌道等。
前言
小行星探測是21世紀(jì)深空探測領(lǐng)域的重要方向之一，小行星不規(guī)則引力場內(nèi)的動(dòng)力學(xué)與控制問題則是探測任務(wù)軌道設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和亟待解決的關(guān)鍵問題。自20世紀(jì)70年代，人類對(duì)小天體的航天探測才逐漸興起。已有的理論研究、天文觀測以及航天探測實(shí)踐，使得人們對(duì)這些奇形怪狀的太空石塊有了基本了解，但仍缺乏系統(tǒng)深入的認(rèn)知。目前國內(nèi)小行星探測研究方興，理論分析和未來工程實(shí)踐均面臨諸多挑戰(zhàn)。作為小行星研究領(lǐng)域的專業(yè)書籍，書中主要闡述了作者有關(guān)小行星動(dòng)力學(xué)的研究成果，包括小行星引力場簡化模型及其動(dòng)力學(xué)特性、引力場近似方法、環(huán)繞小行星的周期軌道、廣義甩擺和應(yīng)用太陽帆的懸停探測等。全書內(nèi)容具體安排如下：
第1章介紹小行星探測意義、研究進(jìn)展與挑戰(zhàn)、奇特動(dòng)力學(xué)特性等。
第2章為小行星引力場中軌道動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，簡要介紹不規(guī)則引力場建模方法與極子棒模型，分析Chermnykh偶極子模型及其繞飛質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)。
第3章研究一類改進(jìn)偶極子模型，討論改進(jìn)模型的平衡點(diǎn)分布與穩(wěn)定性等問題。
第4章針對(duì)細(xì)長小行星介紹兩類引力場近似方法，包括平衡點(diǎn)位置逼近方法和引力梯度近似方法。
第5章探討小行星不規(guī)則引力場中的周期軌道，介紹分層網(wǎng)格法和最優(yōu)控制法等兩類周期軌道搜索方法，給出多族周期軌道并分析軌道特性。
第6章研究兩類特殊軌道： 廣義甩擺和本體懸停。分析不規(guī)則引力場中廣義甩擺的動(dòng)力學(xué)機(jī)理； 簡要介紹太陽帆航天器，研究太陽帆在小行星引力場內(nèi)的懸停飛行。
除已經(jīng)標(biāo)明的引用外，全部內(nèi)容均為作者近幾年研究成果。書中公式和符號(hào)較多，同一符號(hào)在不同章節(jié)可能含義不同，請(qǐng)讀者注意具體說明。
感謝國家自然科學(xué)基金細(xì)長形小行星引力場拓?fù)鋭?dòng)力學(xué)與軌道控制研究（11602019）、碎石堆小行星的不規(guī)則散體建模與N體動(dòng)力學(xué)仿真研究（11572166）、深空探測中的若干關(guān)鍵非線性不確定性動(dòng)力學(xué)與控制問題研究（11432001）、中國科協(xié)青年人才托舉工程（2016QNRC001）、北京理工大學(xué)優(yōu)秀青年教師資助計(jì)劃（2015YG0605）的大力支持。本書獲得2017年度國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金資助（2017A001）。曾祥遠(yuǎn)特此感謝家人，感謝美國工程院院士Kyle T. Alfriend教授、Srinivas R. Vadali教授、國際宇航科學(xué)院院士Giovanni Vulpetti、寶音賀西教授、唐勝景教授、張景瑞教授等的指導(dǎo)、合作與幫助。
限于作者水平，不妥或錯(cuò)誤之處懇請(qǐng)批評(píng)指正。
編者
2018年10月
曾祥遠(yuǎn)：男，1985年生。2008年北理工本科畢業(yè)，免試進(jìn)入清華大學(xué)攻讀直博，師從國家級(jí)教學(xué)名師李俊峰教授，2013年獲力學(xué)博士學(xué)位，兩次獲得北京市優(yōu)秀畢業(yè)生。博士期間曾赴美國Texas A&M University訪學(xué)1年，外導(dǎo)為美國工程院與國際宇航聯(lián)雙院士Kyle T. Alfriend教授。畢業(yè)后在清華大學(xué)課題組繼續(xù)博士后研究工作2年，現(xiàn)為北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院講師。研究方向?yàn)樾√祗w探測動(dòng)力學(xué)與控制、軌道設(shè)計(jì)與優(yōu)化。發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，其中SCI論文16篇，曾獲博士后基金一等資助、博士后基金特別資助、北京理工大學(xué)優(yōu)秀青年教師資助計(jì)劃(2015年，全校共8人)等。曾參與自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、973課題等，擔(dān)任Nonlinear Dynamics、IEEE TAES、ASR等國際期刊審稿人。參與撰寫《深空探測動(dòng)力學(xué)與控制》第十章。
李俊峰：清華大學(xué)教授，長期研究航天動(dòng)力學(xué)與控制，獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)、教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)等，論著有《深空探測動(dòng)力學(xué)與控制》，《太陽帆航天器動(dòng)力學(xué)與控制》，《航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌道動(dòng)力學(xué)》及120多篇SCI論文，主持國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金、973課題、863課題等30多項(xiàng)。主編《理論力學(xué)
目錄
第1章緒論
1.1引言
1.2小行星分類與細(xì)長小行星
1.2.1軌道分布與光譜特性
1.2.2細(xì)長小行星
1.3小行星探測進(jìn)展與挑戰(zhàn)
1.3.1小行星探測任務(wù)
1.3.2小行星探測之挑戰(zhàn)
1.4小行星的奇特動(dòng)力學(xué)
1.4.1雅科夫斯基效應(yīng)和YORP效應(yīng)
1.4.2引力平衡點(diǎn)與局部流形
1.5周期軌道與懸停軌道
1.5.1自然周期軌道
1.5.2懸停飛行軌道
1.6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章不規(guī)則小行星引力場模型
2.1引言
2.2軌道動(dòng)力學(xué)建模
2.2.1引力作用范圍與參考坐標(biāo)系
2.2.2質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程
2.3不規(guī)則引力場的描述
2.3.1引力場建模方法概述
2.3.2多面體法
2.3.3簡化模型法
2.4Chermnykh偶極子模型
2.4.1動(dòng)力學(xué)方程
2.4.2引力平衡點(diǎn)
2.5偶極子模型平衡點(diǎn)特性
2.5.1平衡點(diǎn)拓?fù)浞诸?br />
2.5.2平衡點(diǎn)附近擾動(dòng)解
2.6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章偶極子模型的改進(jìn)
3.1引言
3.2單橢球偶極子模型
3.3赤道面內(nèi)引力平衡點(diǎn)
3.3.1平衡點(diǎn)分布特征
3.3.2模型參數(shù)對(duì)平衡點(diǎn)的影響
3.4赤道面內(nèi)平衡點(diǎn)穩(wěn)定性
3.4.1共線平衡點(diǎn)
3.4.2非共線平衡點(diǎn)
3.5赤道面外引力平衡點(diǎn)
3.5.1平衡點(diǎn)位置
3.5.2模型參數(shù)的影響
3.6赤道面外平衡點(diǎn)穩(wěn)定性
3.7雙橢球偶極子模型
3.7.1引力平衡點(diǎn)
3.7.2三類雙橢球改進(jìn)模型
3.8小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章用簡化模型近似細(xì)長小行星引力場
4.1引言
4.2偶極子模型近似細(xì)長小行星
4.2.1平衡點(diǎn)位置近似方法
4.2.2仿真算例與討論
4.2.3偶極子模型近似效果
4.3極子棒模型動(dòng)力學(xué)特性
4.3.1動(dòng)力學(xué)方程與受力比
4.3.2引力平衡點(diǎn)與穩(wěn)定性
4.4引力梯度近似方法
4.4.1簡化模型參數(shù)優(yōu)化
4.4.2小行星(8567)1996 HW1算例
4.4.3與其他簡化模型的比較
4.5仿真算例與討論
4.5.1誤差分析與計(jì)算效率
4.5.2近似433 Eros小行星
4.6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章環(huán)繞細(xì)長小行星的周期軌道
5.1引言
5.2環(huán)繞周期軌道
5.2.1周期軌道定義
5.2.2傳遞矩陣與單值矩陣
5.2.3分層網(wǎng)格法與軌道延拓
5.3小行星1620 Geographos繞飛周期軌道
5.3.1引力平衡點(diǎn)局部周期軌道
5.3.2大范圍周期軌道
5.4其他類型周期軌道
5.4.1線性穩(wěn)定平衡點(diǎn)E1繞飛軌道
5.4.2線性穩(wěn)定三角平衡點(diǎn)周期軌道
5.4.3其他新型周期軌道
5.5最優(yōu)控制方法求解周期軌道
5.5.1間接法求解周期軌道
5.5.2兩類赤道面內(nèi)周期軌道
5.5.3傾角軌道及其延拓
5.6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章廣義甩擺與太陽帆懸停
6.1引言
6.2廣義甩擺
6.2.1甩擺軌道能量方程
6.2.2單次甩擺動(dòng)力學(xué)機(jī)理
6.3廣義甩擺參數(shù)化討論
6.3.1近拱點(diǎn)對(duì)甩擺軌道的影響
6.3.2小行星附近逃逸軌道
6.4本體懸停飛行與太陽帆航天器
6.4.1懸停飛行動(dòng)力學(xué)建模
6.4.2太陽帆航天器
6.4.3太陽帆簡化模型
6.5懸停探測球形小行星
6.5.1太陽帆懸停動(dòng)力學(xué)
6.5.2太陽帆模型對(duì)懸停軌道的影響
6.5.3小行星自轉(zhuǎn)周期與懸停半徑
6.6懸停探測細(xì)長小行星
6.6.1太陽帆航天器可行懸停軌道
6.6.2懸停探測小行星951 Gaspra
6.7小結(jié)
參考文獻(xiàn)
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