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