深空飞行动力学

第1章 绪论 1

1.1 深空探测的意义 1

1.2 深空探测任务综述 1

1.2.1 月球探测 1

1.2.2 火星探测 4

1.2.3 金星探测 7

1.2.4 水星探测 7

1.2.5 木星探测 8

1.2.6 土星探测 9

1.2.7 天王星、海王星和冥王星探测 10

1.2.8 太阳探测 11

1.2.9 小行星和彗星探测 11

1.2.10 宇宙观测 12

1.3 深空探测轨道设计方法 13

1.3.1 基于脉冲的直接转移轨道 13

1.3.2 借力飞行技术 16

1.3.3 n体引力场下的低能轨道设计技术 25

1.3.4 先进小推力推进技术 40

1.4 本书结构安排 50

参考文献 52

第2章 基于脉冲的直接转移轨道 55

2.1 Lambert问题 55

2.2 Pork-Chop图 57

2.2.1 Pork-Chop图绘制方法 57

2.2.2 相合周期 62

2.2.3 偏心率和轨道倾角对发射窗口的影响 64

2.3 本章小结 69

参考文献 70

第3章 借力飞行技术 71

3.1 引力影响球和圆锥曲线拼接 71

3.2 借力飞行理论 74

3.2.1 无推力的借力飞行技术 74

3.2.2 有推力的借力飞行技术 77

3.2.3 算例：地火单次借力轨道 79

3.3 确定多次借力飞行序列 85

3.4 深空机动技术 91

3.4.1 算例：含有深空机动的地—火单次借力轨道 94

3.4.2 算例：含有深空机动的地—木多次借力轨道 105

3.5 本章小结 111

参考文献 112

第4章 B平面和轨道修正 116

4.1 B平面 116

4.1.1 期望打靶点的确定 119

4.1.2 真实打靶点的确定 119

4.2 打靶法 121

4.3 轨道修正机动算例 124

4.4 本章小结 129

参考文献 130

第5章 圆型限制性三体问题和不变流形 131

5.1 引言 131

5.2 动力学模型 131

5.3 平动点 135

5.4 雅可比积分常数 137

5.5 Hill域 138

5.6 L1和L2附近的相空间 143

5.7 Halo轨道的计算 149

5.7.1 微分修正方法 152

5.7.2 Halo轨道的微分修正算法 154

5.8 流形的计算 157

5.9 本章小结 163

参考文献 164

第6章 流形拼接 165

6.1 流形拼接法简介 165

6.2 四体问题的简化模型 166

6.3 日—地—月—航天器限制性四体系统模型分析 167

6.3.1 地—月旋转坐标系下航天器的动力学方程 168

6.3.2 日—地旋转坐标系下航天器的动力学方程 170

6.4 坐标系转换 173

6.5 流形拼接的计算 175

6.6 仿真算例 179

6.7 本章小结 184

参考文献 185

第7章 地一月低能转移轨道 187

7.1 引言 187

7.2 动力学模型 188

7.3 两脉冲低能转移轨道 190

7.3.1 构造优化问题 191

7.3.2 多重打靶方法 192

7.3.3 解析梯度信息 194

7.3.4 弹道捕获 198

7.3.5 使用并行计算寻找局部最优解 199

7.3.6 仿真结果和分析 201

7.4 本章小结 209

参考文献 210

第8章 基于直接法的二体小推力轨道设计方法 212

8.1 引言 212

8.2 最优控制和直接配点法 212

8.3 低阶的Gauss-Lobatto直接配点方法 214

8.4 任意阶次的Gauss-Lobatto配点方法 217

8.5 仿真算例 221

8.5.1 求解简单的最优控制问题 221

8.5.2 二体小推力轨道转移问题 225

8.6 本章小结 231

参考文献 232

第9章 基于间接法的三体小推力轨道设计方法 234

9.1 引言 234

9.2 动力学模型 234

9.3 构造打靶函数 235

9.3.1 最省推进剂问题和最省能量问题 235

9.3.2 最省时间问题 240

9.4 解析梯度信息 241

9.5 开关检测技术 244

9.6 协态控制转换方法 248

9.7 仿真结果和分析 250

9.7.1 最省时间问题 250

9.7.2 最省能量和最省推进剂问题 254

9.8 本章小结 259

参考文献 260

第10章 STK深空轨道设计 263

10.1 Asgrogator模块简介 263

10.2 地—火直接转移轨道 274

10.3 地月L1转移轨道 286

参考文献 303