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第1章 深空飞行及其轨道设计1

1.1深空飞行的意义1

1.1.1月球探测1

1.1.2火星探测2

1.1.3小行星探测5

1.1.4空间特殊点的利用7

1.2太阳系运动、深空飞行轨道及其特点9

1.2.1太阳系内的行星运动9

1.2.2深空飞行轨道及其特点10

1.3典型深空飞行轨道案例12

1.3.1典型的月球探测轨道12

1.3.2典型的行星探测轨道13

1.3.3典型的特殊点探测轨道14

1.4深空飞行轨道设计14

1.4.1时空系统15

1.4.2任务约束16

1.4.3路径规划17

1.4.4数学物理方法18

1.4.5本书看点20

参考文献22

第2章 行星际轨道机动23

2.1二体问题简述23

2.2 Lambert问题25

2.2.1 Lambert问题描述25

2.2.2 Lambert问题的求解27

2.3 Pork-Chop图32

2.3.1 Pork-Chop图绘制方法33

2.3.2相合周期39

2.3.3轨道倾角和偏心率对发射窗口的影响41

参考文献48

第3章 借力飞行49

3.1 N体问题49

3.2引力影响球确定及圆锥曲线拼接50

3.2.1引力相等影响球51

3.2.2常用的影响球53

3.2.3希尔球56

3.2.4仿真数据57

3.3借力飞行理论59

3.3.1无推力的引力辅助技术62

3.3.2有推力的引力辅助技术65

3.4借力飞行轨道优化设计69

3.4.1使用Tisserand图确定引力辅助序列69

3.4.2使用Pork-Chop图寻找粗略的引力辅助时间窗口77

3.4.3使用SNOPT寻找精确的引力辅助时间窗口86

3.5引力辅助技术的其他应用89

3.5.1共振轨道89

3.5.2通过引力辅助改变轨道倾角96

3.5.3通过引力辅助降低近地点距102

3.5.4深空机动技术106

3.5.5仿真算例—地木转移轨道119

参考文献133

第4章 行星际轨道修正137

4.1常用坐标系定义137

4.1.1 EME2000惯性坐标系137

4.1.2以火星为中心的非惯性坐标系138

4.1.3以火星为中心的惯性坐标系141

4.1.4惯性系、非惯性系和本体系之间的联系142

4.2 B-plane概念148

4.2.1期望打靶点的确定152

4.2.2真实打靶点的确定154

4.3打靶法155

4.4从近地圆轨道出发159

4.4.1最优入轨条件及分析159

4.4.2利用优化的方法求解入轨问题166

4.4.3仿真算例168

4.5轨道修正机动算例169

4.6进入目标行星任务轨道175

4.6.1坐标系的转换175

4.6.2期望打靶点的确定177

4.6.3仿真算例180

参考文献183

第5章 周期轨道与流形计算184

5.1圆型限制性三体问题简介184

5.1.1动力学方程184

5.1.2平动点及其稳定性187

5.1.3能量曲面与运动区域190

5.2共线型平动点附近的运动191

5.2.1相对共线型平动点运动的基本方程191

5.2.2共线型平动点附近运动的线性化193

5.2.3考虑高次项影响的共线型平动点附近运动195

5.3 Lindstedt-Poincare方法195

5.4 Richardson三阶近似解197

5.5 Halo轨道的计算200

5.5.1微分修正法简介201

5.5.2 Halo轨道近似初值的微分修正203

5.6 Lissajous轨道的计算206

5.6.1三阶近似解206

5.6.2 Lissajous轨道的微分修正207

5.7平动点附近流形计算方法214

5.7.1相关概念和定理214

5.7.2流形的计算217

5.8流形的性质220

5.8.1共线型平动点附近运动线性化221

5.8.2线性化的相空间222

5.8.3域？中的流223

5.8.4非线性系统中的流及McGehee表示法225

参考文献227

第6章 流形拼接228

6.1流形拼接法简介228

6.2四体问题的简化模型229

6.2.1同心圆模型230

6.2.2双圆模型230

6.3日—地—月—航天器限制性四体系统模型分析231

6.3.1地—月旋转坐标系下航天器的动力学方程232

6.3.2日—地旋转坐标系下航天器的动力学方程234

6.4坐标系转换237

6.5二维流形拼接239

6.6三维流形拼接244

6.6.1庞加莱截面的选取245

6.6.2周期轨道离散化245

6.6.3庞加莱截面上的流形投影246

6.6.4拼接点的选取250

6.6.5仿真算例251

参考文献258

第7章 修正机动及站位保持259

7.1 Halo轨道修正机动259

7.2轨道修正机动算例260

7.3 Target Point方法与Floquet方法站位保持策略269

7.3.1目标点追踪法269

7.3.2 Floquet模方法271

7.3.3控制模型及仿真算例273

参考文献279

第8章 小推力低能转移轨道280

8.1直接法284

8.1.1 Hermite-Simpson方法285

8.1.2 Gauss-Lobatto方法288

8.1.3伪谱方法290

8.2 Hermite-Simpson方法最优控制问题实例292

8.2.1增加Jacobian和Hessian矩阵294

8.2.2任意阶的Gauss-Lobatto方法296

8.3求解二体小推力轨道转移问题300

8.3.1时间最优和燃料最优问题301

8.3.2网格优化方法305

8.4求解三体小推力轨道转移问题310

8.4.1从GTO到L1的Halo轨道312

8.4.2从GTO到L2的Halo轨道314

参考文献316

第9章 嫦娥任务的轨道设计与控制317

9.1平动点任务轨道设计317

9.1.1约束条件318

9.1.2初步轨道设计319

9.1.3测控条件分析322

9.2月球逃逸轨道控制327

9.2.1数学模型327

9.2.2控制策略330

9.3平动点任务中途修正控制331

9.3.1数学模型331

9.3.2控制策略333

9.4 Lissajous轨道维持335

9.4.1控制时机分析335

9.4.2测控实施方案336

9.5小行星任务轨道设计338

9.5.1小行星分布339

9.5.2交会目标选择341

9.5.3转移轨道设计343

9.5.4数值实例346

9.5.5实际飞行任务350

参考文献353