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目录 1

前言 1

第一章 绪论 1

1.1 空间的优势和应用 1

1.2 空间任务简介 3

1.3 空间探索先驱 5

1.4 航天器轨道运动简介 9

第二章 地球坐标系 11

2.1 地球自转和天体周日视运动 11

2.2 天文坐标系 12

2.3 大地坐标系 13

2.4 地心坐标系 17

习题 19

第三章 天球坐标系 20

3.1 天球 20

3.2 球面三角初步 21

3.2.1 球面的基本性质 21

3.2.2 球面三角形 23

3.2.3 球面坐标与直角坐标 24

3.2.4 球面三角形的基本公式 25

3.3 天球上基本的点和圈 26

3.4 天球坐标系 29

3.4.1 地平坐标系 29

3.4.2 时角坐标系 30

3.4.3 赤道坐标系 31

3.4.4 黄道坐标系 32

3.5 天球坐标系之间的转换 33

3.5.1 地平坐标系和时角坐标系之间的转换 33

3.5.2 赤道坐标系和时角坐标系之间的转换 35

3.5.3 黄道坐标系和赤道坐标系之间的转换 35

3.5.4 例题 36

习题 39

第四章 时间系统 40

4.1 世界时系统 40

4.1.1 恒星时 41

4.1.2 真太阳时和平太阳时 42

4.1.3 地方时、世界时和区时 45

4.1.4 平时与恒星时之间的转换 47

4.1.5 世界时的修正 50

4.2 历书时系统 51

4.3 原子时 52

4.5 贝塞尔年和儒略年 53

4.4 力学时 53

习题 57

第五章 岁差、章动和极移 58

5.1 日、月和行星的引力对地球运动的影响＊ 58

5.1.1 太阳的引力对地球运动的影响 58

5.1.2 月球的引力对地球运动的影响 60

5.2 岁差＊ 61

5.3 章动＊ 63

5.4 岁差、章动对恒星时的影响＊ 64

5.5 协议天球坐标系 67

5.6 极移 69

5.7 协议地球坐标系 71

习题 74

第六章 N体问题与引力场 75

6.1 N体问题及其十个初积分 75

6.1.1 N体问题运动方程 75

6.1.2 N体问题的十个初积分 76

6.2 引力位函数＊ 78

习题 85

7.1 二体问题运动方程及其解 87

7.1.1 运动方程 87

第七章 二体问题 87

7.1.2 面积积分 88

7.1.3 轨道积分 91

7.1.4 活力积分 94

7.1.5 过近拱点时间的积分 97

7.1.6 轨道根数 105

7.2 轨道根数与位置矢量、速度矢量的关系 106

7.2.1 由位置矢量和速度矢量计算轨道根数 106

7.2.2 由轨道根数计算位置矢量和速度矢量 108

7.3 两个时刻的位置矢量和速度矢量的关系＊ 110

7.4 f和g级数＊ 112

7.5 球坐标表示的运动状态参数 114

习题 121

第八章 轨道摄动 124

8.1 Cowell法和Encke法 124

8.2 一般摄动法 127

8.3 地球非球形摄动 135

8.3.1 地球扁率摄动运动方程 135

8.3.2 地球扁率对轨道根数Ω和ω的影响 137

8.4 大气阻力摄动 139

8.5 太阳光压摄动 143

8.6.1 第三体引力摄动方程 146

8.6 第三体引力摄动 146

8.6.2 日月引力摄动的影响 147

8.6.3 影响球＊ 149

习题 152

第九章 人造地球卫星轨道设计 153

9.1 星下点轨迹 153

9.1.1 不考虑地球旋转时的星下点轨迹 154

9.1.2 考虑地球旋转时的星下点轨迹 155

9.1.3 考虑摄动影响时的星下点轨迹 163

9.2.1 覆盖 164

9.2 地面覆盖 164

9.2.2 不考虑地球旋转时的覆盖带 166

9.2.3 考虑地球旋转时的覆盖带 169

9.2.4 星载测量设备的视角 170

9.3 卫星星座 172

9.3.1 星座设计的基本因素与准则 173

9.3.2 卫星环 174

9.3.3 星座的基本构形 177

9.4 星下点光照 182

9.4.1 星下点的阳光入射角 183

9.4.2 星下点光照弧段 184

9.5 卫星受晒 186

9.5.1 轨道面与阳光方向的夹角 187

9.5.2 圆轨道受晒因子 188

习题 190

第十章 轨道机动 193

10.1 轨道调整 193

10.1.1 周期的调整 193

10.1.2 长半轴和偏心率的调整 196

10.1.3 升交点赤经与倾角的调整 201

10.2 轨道改变 202

10.2.1 共面轨道改变 203

10.2.2 轨道面改变 206

10.2.3 非共面轨道改变的一般情况 209

10.3 轨道转移 212

10.3.1 两次冲量的最优转移——Hohmann转移 212

10.3.2 双椭圆转移 215

10.3.3 共面椭圆轨道之间的转移 218

10.3.4 不同半径的非共面圆轨道之间的转移 220

10.4 轨道拦截＊ 220

10.4.1 通过两已知点的轨道簇 221

10.4.2 最小能量拦截轨道 222

10.4.3 固定时间拦截轨道 228

10.5.1 星座的定位 238

10.5 星座轨道控制 238

10.5.2 星座的站位保持 240

10.5.3 卫星的离轨 241

习题 242

第十一章 航天器的相对运动＊ 244

11.1 相对运动动力学方程的建立 244

11.2 相对运动动力学方程的求解 248

11.3 基于Hill方程的编队星座设计 252

11.3.1 初始条件与轨道根数的关系 252

11.3.2 常用编队星座轨道设计 253

11.4.1 相对运动方程的建立 264

11.4 基于运动学的相对运动方程 264

11.4.2 航天器长期近距离相对运动 265

习题 269

第十二章 月球探测及其轨道设计＊ 270

12.1月球概况 270

12.1.1 月球的一般特征 270

12.1.2 月球的运动 271

12.1.3 与月球有关的坐标系 276

12.2 月球探测概况 279

12.2.1 月球探测器飞行方式和轨道类型 279

12.2.2 月球探测器轨道设计简介 280

12.3 二体假设下的月球探测器轨道 284

12.3.1 地月转移轨道平面内的参数 284

12.3.2 地球停泊轨道、地月转移轨道与白道的非共面问题 288

12.4 双二体假设下的月球探测器轨道 292

12.4.1 月球探测器轨道参数 292

12.4.2 入口点位置的影响 304

12.5 窗口选择及其与轨道约束的关系 309

12.5.1 光照约束的影响 310

12.5.2 测控约束的影响 312

12.6 轨道初步设计流程 315

习题 318

附录 319

附录A 旋转矩阵及反向矩阵 319

附录B 球面三角的一些基本公式 324

附录C 天文常数 336

附录D 日月位置的近似计算 338

附录E 引力加速度的计算公式 342

附录F 地图投影简介 345

附录G 术语英汉对照表 349

附录H 卫星工具软件STK简介 353

参考文献 359