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第1章 概述1

1.1引言1

1.1.1深空探测的定义1

1.1.2深空探测轨道设计的特点1

1.1.3本书的主要内容4

1.2轨道动力学中的多体问题与二体问题5

1.2.1轨道动力学中的多体问题5

1.2.2轨道动力学中的理想二体问题7

1.3深空探测中的基本轨道问题18

1.3.1兰伯特问题18

1.3.2影响球与圆锥曲线拼接法20

参考文献23

第2章 深空探测中的发射机会搜索25

2.1深空探测的发射机会25

2.1.1深空探测中的霍曼转移25

2.1.2深空探测中的会合周期27

2.2基于等高线图的发射机会搜索28

2.2.1等高线图的参数定义28

2.2.2基于等高线图的发射机会搜索方法30

2.3基于智能优化算法的发射机会搜索32

2.3.1发射机会搜索的问题描述32

2.3.2发射机会搜索算法的设计34

2.3.3基于智能优化算法的发射机会搜索方法应用35

2.4太阳系行星探测的发射机会38

2.4.1金星探测的发射机会38

2.4.2火星探测的发射机会39

2.4.3小行星探测的发射机会41

参考文献44

第3章 深空探测中的轨道机动与脉冲转移45

3.1轨道机动45

3.1.1轨道过渡机动的分类45

3.1.2同平面相交轨道间的过渡机动45

3.1.3异面相交轨道间的过渡机动48

3.1.4同平面不相交轨道间的过渡机动48

3.1.5异面不相交轨道间的过渡机动52

3.2端点时间自由的最优轨道转移54

3.2.1端点时间自由的轨道转移问题描述55

3.2.2端点状态变分关系与边界条件55

3.2.3端点时间自由的最优转移轨道求解58

3.3端点时间固定的最优轨道转移60

3.3.1端点时间固定的轨道转移问题描述60

3.3.2端点时间固定的最优转移必要条件61

3.3.3端点时间固定的最优转移轨道求解62

参考文献65

第4章 小推力飞行轨道的设计与优化66

4.1小推力转移的动力学模型66

4.1.1笛卡儿坐标系下的动力学模型66

4.1.2经典轨道根数动力学模型68

4.1.3改进春分点轨道根数动力学模型69

4.1.4小推力轨道动力学模型的无量纲化处理69

4.2小推力飞行器的轨道优化模型70

4.2.1笛卡儿坐标系下的小推力轨道优化模型70

4.2.2基于轨道根数的小推力轨道优化模型72

4.3小推力转移轨道的优化方法74

4.3.1小推力转移轨道的直接优化算法74

4.3.2小推力转移轨道的间接优化算法79

4.3.3小推力转移轨道的混合优化算法82

参考文献85

第5章 借力飞行及其衍生技术87

5.1借力飞行的基本原理87

5.2借力飞行的机理分析90

5.2.1基于二体模型的借力飞行分析90

5.2.2基于圆形限制性三体模型的借力飞行分析91

5.2.3基于椭圆形限制性三体问题模型的借力飞行分析101

5.3有推力借力飞行技术106

5.3.1有推力借力问题的描述106

5.3.2基于二体模型的有推力借力分析107

5.3.3基于限制性三体模型的有推力借力飞行分析109

5.4气动-借力飞行技术114

5.4.1气动-借力飞行的基本原理114

5.4.2气动-借力飞行的参数分析114

参考文献121

第6章 基于动平衡点的深空探测轨道设计122

6.1动平衡点及其稳定性122

6.1.1圆形限制性三体问题与动平衡点122

6.1.2雅可比积分与希尔域129

6.1.3平衡点的稳定性132

6.2动平衡点附近的周期轨道134

6.2.1动平衡点附近的运动134

6.2.2动平衡点附近周期轨道的确定135

6.3不变流形结构与深空探测转移轨道设计141

6.3.1动平衡点附近周期轨道的流形结构142

6.3.2基于不变流形的动平衡点转移轨道设计148

6.3.3基于不变流形的深空探测转移轨道设计149

参考文献154

第7章 深空多目标交会转移轨道设计155

7.1多天体借力序列的选择155

7.1.1借力飞行的能量图谱155

7.1.2借力飞行序列的选择156

7.2基于能量匹配拼接的多天体借力飞行轨道设计158

7.2.1能量匹配拼接的借力飞行轨道设计原理158

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160

7.3多天体借力飞行的混合设计方法162

7.3.1多天体借力飞行转移轨道问题描述163

7.3.2多天体借力飞行转移轨道的混合设计方法164

参考文献170

第8章 小天体附近的轨道动力学与运动分析171

8.1小天体的引力位模型171

8.2小天体附近的平衡点及周期轨道171

8.2.1小天体附近的平衡点172

8.2.2小天体平衡点附近的运动174

8.2.3小天体平衡点附近的周期与拟周期轨道175

8.3环绕慢自旋小天体轨道的稳定性分析181

8.3.1小天体扁率和椭率的摄动分析181

8.3.2天平面冻结轨道182

8.3.3环绕小天体轨道的控制183

参考文献185

第9章 深空探测任务的实践与轨道分析186

9.1美国Galileo任务轨道方案186

9.2美国NEAR任务的轨道设计与分析187

9.2.1 NEAR任务概述187

9.2.2 NEAR任务转移轨道方案设计与分析188

9.3美国DAWN任务轨道设计与分析190

9.3.1 DAWN任务概述190

9.3.2 DAWN任务转移轨道方案设计191

9.4欧洲空间局ROSETTA任务192

9.4.1 ROSETTA任务概述192

9.4.2 ROSETTA任务约束分析192

9.4.3 ROSETTA任务转移轨道方案设计与分析193

9.5 EXPEDITION构想任务轨道设计与分析196

9.5.1 EXPEDITION任务概述196

9.5.2 EXPEDITION任务转移轨道方案设计197

参考文献204