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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