《人造地球衛星軌道理論及套用》是2021年機械工業出版社出版的圖書，作者是趙文策。
基本介紹
- 中文名：人造地球衛星軌道理論及套用
- 作者：趙文策
- 出版社：機械工業出版社
- ISBN：9787111669081
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書首先介紹了人造地球衛星的軌道及運動規律，在深入分析二體問題的基礎上，通過詳細的理論推導，建立了衛星運行的攝動運動方程，並研究了攝動運動方程的一階分析解;然後，系統探討了衛星運動理論的套用，對滿足各種任務要求的衛星軌道和發射段彈道設計提出了解決方案，並介紹了衛星組網常用構型和編隊飛行問題;*後，分別介紹了衝量假設和有限推力情況下，為完成特定任務，衛星軌道所發生的有意改變。
本書適用於航天工程專業技術方向教學科研及工程實踐，可作為飛行力學、總體設計和飛行控制等專業高年級本科及碩士教材，也可作為航空航天總體及設計、航天發射場測試發射等領域工程技術人員的參考用書。
圖書目錄
前 言
第1章 緒論 1
1.1 人造地球衛星的分類 2
1.1.1 基於用途的分類 2
1.1.2 基於功能的分類 2
1.2 衛星在軍事航天中的發展 6
1.2.1 發展歷程 6
1.2.2 發展現狀 7
1.2.3 發展趨勢 9
1.3 世界主要衛星系統簡介 10
1.3.1 導航系統 11
1.3.2 衛星網際網路 13
1.4 常用人造地球衛星軌道 16
1.4.1 按衛星運行軌道的偏心率分類 16
1.4.2 按衛星運行的高度分類 16
1.4.3 按衛星運行軌道的傾角分類 17
1.4.4 特殊類型軌道 17
1.5 衛星軌道理論及其套用概述 19
第2章 天球坐標系和時間系統 22
2.1 天球 22
2.2 球面三角初步 22
2.2.1 球面的基本性質 22
2.2.2 球面三角形 24
2.2.3 球面坐標和直角坐標 24
2.2.4 球面三角形公式 26
2.3 天球上基本的點和圓 31
2.3.1 天頂和天底 31
2.3.2 真地平圈 31
2.3.3 天極和天赤道 31
2.3.4 天子午圈、四方點和天卯酉圈 31
2.3.5 黃道和黃極 32
2.4 地心天球坐標系 32
2.4.1 地平坐標系 32
2.4.2 時角坐標系 33
2.4.3 赤道坐標系 34
2.4.4 黃道坐標系 34
2.5 地心天球坐標系之間的關係 35
2.5.1 地平坐標系和時角坐標系之間的轉換 35
2.5.2 赤道坐標系和時角坐標系之間的轉換 37
2.5.3 黃道坐標系和赤道坐標系之間的轉換 37
2.6 時間系統 38
2.6.1 世界時系統 39
2.6.2 曆書時系統 46
2.6.3 原子時 47
2.6.4 力學時 47
2.6.5 貝塞爾年和儒略年 48
第3章 歲差、章動和極移 50
3.1 日月和行星的引力對地球運動的影響 50
3.1.1 太陽的引力對地球運動的影響 50
3.1.2 月球的引力對地球運動的影響 51
3.2 歲差 53
3.2.1 日月歲差 53
3.2.2 行星歲差 53
3.2.3 總歲差 53 3.3 章動 54
3.4 極移及區別 55
3.4.1 極移 55
3.4.2 極移與歲差、章動的區別 55
3.5 歲差、章動對恆星時的影響 56
3.5.1 格林尼治平恆星時和真恆星時 56
3.5.2 黃道平太陽的黃經 57
3.5.3 赤道平太陽的赤經 57
3.6 協定天球坐標系 58
3.6.1 協定天球坐標系與瞬時平天球坐標系的轉換 59
3.6.2 瞬時平天球坐標系與瞬時真天球坐標系的轉換 59
3.7 協定地球坐標系 60
3.7.1 協定地球坐標系與瞬時地球坐標系的轉換 60
3.7.2 瞬時天球坐標系與瞬時地球坐標系的轉換 61
第4章 衛星的無攝運動 63
4.1 二體問題的運動微分方程 63
4.2 運動微分方程的解 64
4.2.1 面積積分（動量矩積分） 64
4.2.2 軌道積分——橢圓軌道參數 66
4.2.3 平均角速度公式和速度公式（活力公式） 70
4.2.4 克卜勒積分——軌道時間參數 71
4.2.5 克卜勒軌道根數 74
4.3 二體問題衛星星曆的計算 76
4.3.1 三種近點角的關係 76
4.3.2 三種近點角和向徑的導數關係 77
4.3.3 克卜勒方程的解 79
4.3.4 衛星位置和速度的計算公式 79
4.4 初始軌道的計算 82
4.4.1 已知 和 的軌道計算 82
4.4.2 已知 和 的軌道計算 84
4.4.3 由 、 計算 、 91
4.5 衛星在軌道上的運動 93
4.5.1 順行軌道和逆行軌道 93
4.5.2 衛星的可見區域 93
4.5.3 衛星的地面高度和軌道高度 94
4.5.4 衛星在軌道上的運行速度 94
4.5.5 衛星在軌道上的安全性 95
第5章 衛星常用的攝動運動方程 97
5.1 人造地球衛星的攝動運動 97
5.1.1 直角坐標系下的攝動運動 97
5.1.2 位函式和攝動函式 98
5.2 高斯型攝動運動方程 100
5.2.1 高斯型攝動Ⅰ 100
5.2.2 高斯型攝動Ⅱ 111
5.3 拉格朗日型攝動運動方程 115
5.3.1 與 、 和 之間的關係 115
5.3.2 衛星運動中一些量與軌道根數的偏導數 117
5.3.3 的具體形式 120
5.3.4 攝動運動方程 121
5.4 關於人造地球衛星受力的討論 123
5.4.1 地球非球形攝動 123
5.4.2 大氣阻力攝動及大氣特徵 126
5.4.3 太陽輻射壓力攝動 126
5.4.4 日、月引力攝動及拉格朗日點 128
5.4.5 潮汐攝動力 129
5.4.6 空間環境對軌道壽命的影響 130
第6章 地球形狀攝動的分析解 131
6.1 人衛單位 131
6.2 地球重力場和攝動函式 132
6.2.1 地球重力場表達式 132
6.2.2 球諧函式及其正常化 133
6.2.3 地球重力場攝動函式表達式和攝動力估計 135
6.3 地球重力場攝動函式的分解 138
6.3.1 常用函式的平均值 139
6.3.2 R的分解 145
6.4 攝動運動的級數解法 148
6.4.1 初始根數法 148
6.4.2 平根數法 150
6.5 平根數法的一階解 155
6.5.1 一階長期項和根數 M的零階長期項 156
6.5.2 一階短周期項 158
6.5.3 二階長期項 166
6.5.4 一階長周期項 168
6.5.5 平根數法的解算步驟和奇點問題 177
第7章 人造地球衛星軌道設計 179
7.1 星下點軌跡 179
7.1.1 曲面上的曲線和地圖投影 180
7.1.2 無旋地球上的星下點軌跡 200
7.1.3 旋轉地球上的星下點軌跡 207
7.2 衛星軌道設計的任務要求 210
7.2.1 地面覆蓋問題及地面目標解析度 210
7.2.2 重複觀測問題 219
7.2.3 星下點太陽照明問題 224
7.2.4 衛星的受曬問題 230
7.3 幾種典型的衛星軌道設計 240
7.3.1 回歸軌道 240
7.3.2 太陽同步軌道 243
7.3.3 凍結軌道 244
7.3.4 低軌快速進入空間軌道 246
7.4 衛星星座 248
7.4.1 星座設計的原則 249
7.4.2 衛星環 250
7.4.3 星座的基本構型 253
7.5 衛星編隊飛行 255
7.5.1 坐標系定義 256
7.5.2 相對運動動力學方程 256
7.5.3 幾種典型編隊構型 258
7.5.4 編隊衛星軌道設計流程 260
7.5.5 編隊設計實例 262
第8章 人造地球衛星的發射 263
8.1 運載火箭的發射段彈道 263
8.1.1 發射段彈道的要求 263
8.1.2 發射段彈道的特點 264
8.1.3 理想情況下的最佳發射段彈道 265
8.1.4 單共切與雙共切軌道的討論 270
8.1.5 發射段彈道的幾種形式 272
8.2 非共面發射 273
8.2.1 發射時刻、降交點地方時和發射視窗 274
8.2.2 發射點緯度、發射方位角和軌道傾角的關係 275
8.3 運載火箭發射彈道的最佳化設計 276
8.3.1 發射彈道的工程設計方法 277
8.3.2 大氣層外的火箭運動方程 285
8.3.3 大氣層外的最優俯仰程式 287
8.4 運載火箭的飛行性能估算 291
8.4.1 假設和原始數據 291
8.4.2 真空段運動方程及其求解 294
8.4.3 第二級火箭性能估算舉例 296
8.5 入軌點運動狀態參數偏差與衛星軌道根數偏差的關係 298
8.5.1 軌道根數與入軌點運動狀態參數的關係 298
8.5.2 誤差係數矩陣 300
8.5.3 近地點高度和遠地點高度對入軌點 r、V、Θ偏差的敏感性分析 307
第9章 軌道機動的衝量方法 310
9.1 軌道調整 311
9.1.1 軌道周期調整及推進劑消耗 312
9.1.2 軌道長半軸 a和偏心率 e的調整 315
9.1.3 Ω和 i的調整 320
9.2 軌道改變 321
9.2.1 共面軌道改變 321
9.2.2 改變軌道面的變軌 325
9.2.3 非共面軌道改變的一般情況 328
9.2.4 共面橢圓軌道的單次衝量最優軌道改變 330
9.3 軌道轉移 335
9.3.1 共面圓軌道的最優轉移軌道 335
9.3.2 惠特克定理與連線速度一致性 344
9.3.3 共面橢圓軌道的最優轉移軌道一 347
9.3.4 共面橢圓軌道的最優轉移軌道二 350
9.3.5 非共面圓軌道的最優轉移軌道 356
9.4 軌道攔截 359
9.4.1 最小能量攔截軌道 360
9.4.2 固定時間攔截軌道 364
9.4.3 橢圓軌道蘭伯特飛行時間定理 372
9.4.4 廣義攔截問題 381
第10章 軌道機動的制導方法 385
10.1 正弦制導方法與 Q制導方法 385
10.1.1 正弦制導方法 386
10.1.2 Q制導方法 386
10.2 速度增益制導方法 389
10.3 交會制導方法 392
10.3.1 末制導系統 392
10.3.2 坐標系與運動方程 393
10.3.3 運動方程的自由解 396
10.4 末制導方法 398
10.4.1 法向制導 398
10.4.2 縱向制導 400
參考文獻 402
