弹道与轨道力学基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

雷刚 著

图书标签:

• 弹道学
• 轨道力学
• 航天动力学
• 飞行器
• 导弹
• 制导与控制
• 工程力学
• 数学物理
• 航空航天
• 经典力学

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512420427

版次：1

商品编码：11912624

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-04-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　本书系统地介绍了导弹飞行力学和卫星轨道力学的相关理论基础，包括时间与坐标系统、导弹力学环境、导弹运动方程、航天器基本轨道及其建立与确定、高精度轨道预报与改进、天地一体化技术的空间集合基础和常用卫星轨道。全书内容丰富、理论体系严谨，物理图像清晰并配以生动形象的插图加以说明，同时对一些可用于工程实践的常用算法进行了高度的概括和归纳，并对重点、难点内容加以详尽地解释与说明。
　　本书可作为高等院校相关专业的本科生教材，也可作为相关专业研究生的教学参考书和从事航天器设计、研究、研制等科研人员的参考资料。

目录

第1章 绪 论…………………………………………………………………………………… 1
第1节 导弹弹道与卫星轨道………………………………………………………………… 1
第2节 天体力学的基本概念………………………………………………………………… 2
第3节 太阳系运动的基本情况……………………………………………………………… 4
第2章 时间与坐标系统………………………………………………………………………… 6
第1节 时间系统……………………………………………………………………………… 6
第2节 坐标系………………………………………………………………………………… 8
第3节 坐标系转换………………………………………………………………………… 11
第3章 导弹力学环境………………………………………………………………………… 20
第1节 空气动力及其力矩………………………………………………………………… 20
第2节 作用在导弹上的推力……………………………………………………………… 29
第3节 地球引力…………………………………………………………………………… 32
第4节 控制力和控制力矩………………………………………………………………… 40
第5节 附加力和附加力矩………………………………………………………………… 45
第4章 导弹运动方程………………………………………………………………………… 52
第1节 导弹质心运动和绕质心运动方程………………………………………………… 52
第2节 导弹主动段运动方程组…………………………………………………………… 54
第3节 主动段运动参数分析……………………………………………………………… 65
第4节 自由飞行段的运动方程…………………………………………………………… 69
第5节 简化的再入段运动方程…………………………………………………………… 70
第6节 弹道计算…………………………………………………………………………… 72
第5章 航天器基本轨道……………………………………………………………………… 76
第1节 二体问题…………………………………………………………………………… 76
第2节 中心引力场中的运动……………………………………………………………… 79
第3节 圆锥曲线轨道特性………………………………………………………………… 81
第6章 航天器轨道的建立与确定…………………………………………………………… 87
第1节 轨道的建立………………………………………………………………………… 87
第2节 轨道要素与入轨参数……………………………………………………………… 88
第3节 航天器的轨道预报………………………………………………………………… 90
第4节 航天器的轨道确定………………………………………………………………… 91
第7章 高精度轨道预报与轨道改进………………………………………………………… 95
第1节 高精度轨道预报模型……………………………………………………………… 95
第2节 轨道摄动…………………………………………………………………………… 99
第3节 轨道改进…………………………………………………………………………… 101
第8章 天地一体化的空间几何基础………………………………………………………… 108
第1节 星下点轨迹………………………………………………………………………… 108
第2节 卫星的对地覆盖区域……………………………………………………………… 110
第3节 地面可见性分析…………………………………………………………………… 111
第9章 常用卫星轨道………………………………………………………………………… 113
第1节 太阳同步轨道……………………………………………………………………… 113
第2节 临界和冻结轨道…………………………………………………………………… 114
第3节 回归轨道…………………………………………………………………………… 115
第4节 静止轨道…………………………………………………………………………… 117
第5节 星座轨道…………………………………………………………………………… 121
参考文献………………………………………………………………………………………… 127

前言/序言

　　根据空间工程专业教学设计要求，为满足加强本科生航天专业基础知识教学的需要，火箭军工程大学开设了“轨道力学基础”课程，目的是为导弹轨道设计、卫星轨道设计、航天器动力学控制等的教学和科研工作奠定基础，由于现有公开出版教材中尚无一本完全适合该课程的教学需要，因此，编者从课程教学的需要出发，参考了有关教材、专著等资料，于2012年编写了教材《轨道力学基础》。经过几轮的教学实践，现对此教材的部分内容进行修订后编成本书。全书由导弹飞行力学和卫星轨道力学两大部分组成，从理论基础的角度介绍了导弹弹道学与卫星轨道力学的基本原理。全书共分九章，包括时间与坐标系统，导弹力学环境，导弹运动方程，航天器基本轨道，航天器轨道的建立与确定，高精度轨道预报与轨道改进，天地一体化技术的空间几何基础和常用卫星轨道，涵盖了导弹弹道力学的主要内容。
　　本书可作为空间工程专业、航天器控制专业和相关专业的本科生教材，也可作为相关专业研究生的教学参考书和从事航天器设计、研究和研制等科技人员的参考资料。
　　在本书的编写过程中，参阅和引用了部分弹道导弹动力学、航天器动力学领域的相关专著和学术论文的内容，在此向相关作者表示感谢。同时火箭军工程大学七系的领导和701教研室的同仁在编写过程中给予了很大的支持和帮助，在此表示衷心的感谢。鉴于编者教学经验和编写水平有限，加之经验不足，书中可能存有不足或错误，恳请读者批评指正。
　　编者
　　2016年1月于西安

《星辰的舞步：从牛顿的苹果到霍曼转移》 一、 文明之光，仰望星空 自古以来，人类便被夜空中闪烁的星辰所吸引。从最初的敬畏与神话，到对天体运行规律的朴素观测，再到近现代科学的蓬勃发展，我们对宇宙的探索从未停止。在浩瀚的宇宙面前，个体是渺小的，但智慧的光芒却能穿透无垠的黑暗。正是这种对未知的好奇，对秩序的探求，以及对自身在宇宙中位置的思考，驱动着人类不断向前。 《星辰的舞步》正是诞生于这样一种文明的求索之中。它并非仅仅是一本介绍科学知识的书籍，更是一部记录人类智慧如何从地面走向天空，如何理解并驾驭那些遥远天体的史诗。本书旨在为所有对宇宙空间运行机制感到好奇，渴望了解“为什么”和“如何”的读者提供一份深入浅出的导引。它将带领我们一同穿越历史的长河，探寻那些奠定我们今天空间探索基础的伟大思想，并展望未来无限的可能性。 二、 启蒙之父，力学的奠基 一切的起点，都离不开那个被传颂至今的故事——牛顿的苹果。然而，一个苹果的落地，其背后蕴含的却是改变人类对宇宙认知的革命性力量。本书将从艾萨克·牛顿的万有引力定律入手，深入剖析这一定律是如何将天上和地上的运动统一起来的。我们将详细阐述万有引力定律的数学形式，解释引力如何随着距离的平方而衰减，以及它如何解释行星的运动、潮汐的涨落，甚至是我们脚下大地的形态。 更为重要的是，本书将深入探讨牛顿运动定律在理解天体运动中的核心作用。第一定律——惯性定律，解释了物体为何会保持其原有的运动状态，这对于理解在没有外力作用时，航天器将如何沿直线运动至关重要。第二定律——加速度定律，揭示了力与加速度之间的定量关系，这是计算和预测天体轨迹的关键。第三定律——作用力与反作用力定律，则解释了推进系统的工作原理，以及航天器在太空中如何改变自身的速度和方向。 在这一部分，我们将避免艰涩的数学推导，而是通过生动的类比和直观的图示，帮助读者理解这些基本原理。例如，我们将用投掷石头的例子来比喻行星围绕太阳的运动，用弹簧的拉伸来类比引力的作用。我们将强调，正是这些看似简单的牛顿定律，为我们理解和预测宇宙中物体的运动奠定了坚实的基础，为后来的空间探索铺平了道路。 三、 曲线的优雅，椭圆的秘密 在牛顿的理论框架下， Johannes Kepler 的行星运动三大定律得到了完美的解释。本书将详细回顾开普勒如何通过对第谷·布拉赫海量天文观测数据的严谨分析，摆脱了“完美圆形轨道”的束缚，提出了划时代的行星运动三定律。 第一定律——轨道定律，指出行星围绕太阳的轨道是椭圆形的，太阳位于椭圆的一个焦点上。我们将通过图解的方式，清晰地展示椭圆的形状，以及焦点的概念，并解释为何这种“不完美”的形状反而能更精确地描述天体的运行。 第二定律——面积定律，即行星在相等时间内扫过相等的面积。我们将解释这一定律背后蕴含的能量守恒原理，以及它如何揭示行星在轨道上运动速度的快慢变化——在近日点时速度快，在远日点时速度慢。 第三定律——周期定律，描述了行星公转周期与轨道半长轴之间的定量关系。我们将介绍开普勒第三定律的数学表达式，并展示它如何能够用来计算未知行星的轨道参数。 通过对开普勒定律的深入解读，读者将能够理解，为什么行星的运动并非直线，而是呈现出一种优美而又富有规律的曲线。这不仅仅是对宇宙之美的欣赏，更是理解空间运动轨迹的基础。 四、 动量与能量，看不见的推手 在理解了宏观的引力法则后，本书将进一步深入到微观的物理量，探究它们在空间运动中扮演的角色。我们将详细讲解动量守恒定律，阐述动量是如何在无外力作用下保持不变的，以及它在火箭发射、卫星变轨等过程中的应用。理解动量，就如同理解了物体“向前”或“向后”运动的内在“动量”，是改变其运动状态的根本。 同时，我们将详细阐述能量守恒定律。机械能，包括动能和势能，在天体运动中是如何相互转化的。我们将解释，当航天器爬升时，其动能转化为势能，而当它下降时，势能又转化为动能。这种能量的守恒性，是限制和规划航天器运动轨迹的重要依据。 本书将通过生动的实例，例如跳水运动员的起跳与下落，来形象地解释动量和能量的概念。我们将展示，正是对这些基本物理量的深刻理解，才使得我们能够精确地计算和控制航天器的飞行。 五、 轨道的力量，引力的舞蹈 本部分将是本书的重点之一，我们将详细探讨各种类型的轨道。我们将从最基础的圆周轨道开始，解释维持一个物体绕另一个天体稳定运行所需的条件——即引力与提供向心力的速度之间的精确平衡。 随后，我们将深入研究更普遍的椭圆轨道，并介绍轨道根数（Orbital Elements）的概念。这些根数，如同天体的“身份证”，能够唯一地确定一个天体的轨道，包括轨道的大小、形状、倾角以及在轨道上的位置。我们将逐一解析这些轨道根数的物理意义，并解释它们如何共同描绘出天体在宇宙中的运动轨迹。 我们将重点介绍几种典型的轨道类型，并解释其在航天应用中的重要性： 圆形轨道 (Circular Orbit)：这是最简单也最常见的轨道类型，常常用于通信卫星、气象卫星等。我们将解释其速度与半径的关系。 椭圆轨道 (Elliptical Orbit)：绝大多数天体都运行在椭圆轨道上，包括行星、彗星以及许多人造卫星。我们将深入探讨近地点 (Perigee) 和远地点 (Apogee) 的概念，以及它们对轨道周期的影响。 抛物线轨道 (Parabolic Orbit) 和双曲线轨道 (Hyperbolic Orbit)：这两种轨道通常与逃逸速度相关，意味着物体将不再回到初始天体附近，例如探测器飞离太阳系，或者一些彗星的路径。 本书将通过大量的图示和模型，帮助读者直观地理解不同轨道之间的差异，以及它们是如何在引力的牵引下形成的。 六、 飞越星海，航行的艺术 了解了轨道的原理，我们便进入了如何“驾驶”这些轨道，实现空间旅行的范畴。本书将详细介绍各种轨道机动和转移技术，这些技术是实现航天任务的关键。 霍曼转移轨道 (Hohmann Transfer Orbit)：这是最节能的在两个共面圆形轨道之间进行转移的方法。我们将详细介绍霍曼转移的原理，包括两次变轨所需的冲量（推力），以及它在行星际飞行中的应用。我们将通过计算和图示，展示其效率与复杂性之间的权衡。 轨道高度变化 (Orbital Altitude Change)：我们将介绍如何通过发动机的点火来升高或降低轨道高度，以及这会对速度和周期产生怎样的影响。 轨道倾角变化 (Orbital Inclination Change)：在实现地月转移、行星际转移时，常常需要改变轨道的倾角，使其与目标轨道共面。我们将介绍实现这一目标的方法。 轨道交会与对接 (Orbital Rendezvous and Docking)：这是空间站建设、载人航天任务中至关重要的技术，我们将解释实现这一目标的原理和挑战。 在这一部分，我们将不仅仅讲解理论，还会结合具体的航天任务案例，例如阿波罗登月计划、国际空间站的建造等，来展示这些轨道力学原理是如何被实际应用的。 七、 挑战与未来，星际的召唤 随着我们对轨道力学的理解不断深入，人类的目光也投向了更遥远的宇宙。本书将简要探讨当前空间探索面临的挑战，例如长距离通信延迟、辐射防护、生命维持系统等，并将这些挑战与我们所学的轨道力学知识联系起来。 我们也将展望未来，例如深空探测、行星际移民、甚至恒星际旅行的可能性。我们将讨论，在现有轨道力学的基础上，还需要哪些突破性的技术和理论，才能真正实现这些宏伟的目标。 《星辰的舞步：从牛顿的苹果到霍曼转移》并非一本枯燥的教科书，它是一场关于人类智慧与宇宙奥秘的探索之旅。它将带领您从地面仰望星空，理解那些划过天际的轨迹，感受引力的舞蹈，并最终窥见人类征服宇宙的梦想。无论您是怀揣科学梦想的学生，还是对宇宙充满好奇的普通读者，本书都将为您打开一扇通往浩瀚星海的窗口，让您在理解宇宙的宏大叙事中，找到属于自己的那颗星。

评分☆☆☆☆☆

作为一个刚刚接触天文学的初学者，我一直对那些在浩瀚宇宙中穿梭的卫星和探测器感到好奇。这本书真的就像是一本通俗易懂的“导航图”，让我对它们是如何在无垠的太空中定位和移动有了全新的认识。它从最基础的引力相互作用讲起，解释了为什么月球会围绕地球转，地球又为何会围绕太阳旋转，并且非常形象地展示了这些天体运动的规律。我尤其喜欢书中关于轨道要素的讲解，比如轨道半长轴、偏心率、倾角等等，作者用非常接地气的语言，将这些抽象的概念具体化，让我能够理解为什么不同的轨道会有不同的形状和大小。书中还涉及了一些关于轨道交会和对接的原理，虽然只是浅尝辄止，但足以让我感受到航天器在复杂太空环境中精确操控的难度和精妙。它并没有直接给出复杂的数学公式，而是通过逻辑推理和类比，一步步引导我理解轨道力学的核心思想。这本书的优点在于，它能够有效地激发我对太空探索的好奇心，并且为我后续更深入的学习打下了坚实的基础，让我觉得理解这些深奥的科学原理并非遥不可及。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，它没有采用那种一本正经的科普方式，而是以一种近乎闲聊的口吻，讲述了关于弹道和轨道力学的许多有趣故事和原理。作者似乎是个天生的“故事大王”，他能够从一个非常生活化的场景切入，比如扔一个飞盘，然后逐渐引申到弹道学最核心的几个概念。他会用各种意想不到的比喻，将空气动力学、重力加速度、惯性等看似复杂的物理定律，讲得活灵活灵，让我在捧腹大笑的同时，也悄悄地记住了那些关键的知识点。我特别喜欢书中关于“抛体运动”的章节，作者通过描述一些极限运动，比如运动员跳远、投掷标枪，来分析不同初始条件如何影响弹道轨迹，这种接地气的方式让我对弹道学有了全新的认识。而且，书中对于一些历史事件的描述也非常生动，例如第二次世界大战期间的导弹技术发展，作者并非简单陈述事实，而是加入了许多当时的背景和人物故事，读起来就像在看一部纪录片。这本书的魅力在于，它打破了科学与大众之间的壁垒，用一种轻松幽默的方式，将严肃的科学知识变得触手可及，让我觉得学习弹道学和轨道力学，原来也可以如此有趣和富有启发性。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对宇宙探索有着无限憧憬的技术爱好者，我一直在寻找能够深入理解航天器轨道运行原理的读物。这本书可以说完美地填补了我的这一需求。它并非简单地罗列枯燥的轨道力学方程，而是将轨道力学的核心概念，如开普勒定律、牛顿万有引力定律等，融入到对实际航天任务的分析之中。书中对地球轨道、地月转移轨道、行星际轨道等不同类型轨道的形成和演变过程进行了非常详尽的阐述。我尤其喜欢作者对于轨道设计的逻辑推演，例如如何计算发射窗口、如何进行轨道机动来改变航迹，以及如何规避太空碎片等实际工程问题。书中还涉及了一些高级概念，例如霍曼转移轨道、引力弹弓效应，并且对这些概念的物理原理进行了深入浅出的讲解，配以清晰的图示，让我这个非专业人士也能豁然开朗。我曾经对某些航天器为何能准确抵达遥远的目的地感到困惑，阅读完本书后，我才真正理解了其中精妙的轨道设计和计算。这本书的价值在于，它不仅教授了理论知识，更让我看到了这些理论是如何在现实的太空探索中发挥关键作用的，极大地提升了我对航天工程的理解深度。

评分☆☆☆☆☆

我是一名文学爱好者，原本以为这本书会非常枯燥，但出乎意料的是，它以一种极其引人入胜的方式，将“弹道”这一严肃的科学主题，展现得如同史诗般的叙事。作者并非直接讲解公式，而是从历史的纵深出发，讲述了人类如何从最初的弓箭、冷兵器时代，逐步发展出对物体运动轨迹的理解。书中描绘了古代军事战略家们如何通过观察和经验来预测弹丸的落点，以及中世纪火炮技术革命如何推动了对弹道学的初步探索。接着，它过渡到近代科学的兴起，伽利略、牛顿等科学巨匠如何用数学和物理定律揭示了弹道运动的本质，特别是牛顿万有引力定律的发现，为理解行星运动和火箭发射提供了坚实的基础。让我印象深刻的是，书中还穿插了一些关于侦探小说和电影中弹道痕迹分析的片段，虽然与本书的核心主题稍有偏离，却巧妙地将科学原理融入到日常生活的想象中，增加了阅读的趣味性和代入感。这本书并非一本冰冷的教科书，而是一部关于人类智慧如何一步步征服对未知空间探索的壮丽篇章，它让我重新认识到科学研究的魅力和历史演进的逻辑。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是我近期读到的最令人眼前一亮的科普读物之一！它并没有像许多同类书籍那样，上来就堆砌一大堆复杂的公式和理论，而是非常有技巧地将“弹道”这个听起来高冷的概念，以一种我这个普通读者都能理解的方式娓娓道来。作者在开篇就巧妙地运用了一些生动形象的比喻，比如将抛物线运动比作扔一块石头，将卫星绕地运动比作一个被看不见的绳子拉扯的球，瞬间就拉近了我和书本之间的距离。接着，它循序渐进地介绍了影响弹道轨迹的关键因素，例如初速度、重力、空气阻力等等，并且非常细致地解释了这些因素是如何相互作用，最终决定物体飞行的方向和距离的。让我印象特别深刻的是，书中穿插了许多历史上的有趣故事，比如古代的投石器、早期的炮兵技术，甚至是阿波罗登月计划中的一些弹道计算挑战。这些故事不仅增加了阅读的趣味性，也让我更直观地体会到弹道学在人类探索和发展过程中的重要作用。即使是不懂物理的读者，也能在字里行间感受到作者对这个领域的热爱和深入浅出的讲解功力。总的来说，这本书成功地让我这个门外汉，对弹道这门曾经觉得遥不可及的学科，产生了浓厚的兴趣，并且在阅读过程中获得了极大的乐趣和知识。

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

好