航天器姿轨一体化动力学与控制技术 工业技术 书籍 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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店铺： 蔚蓝书店

出版社： 中国宇航出版社

ISBN：9787515909974

商品编码：17954677923

商品基本信息，请以下列介绍为准
商品名称：	航天器姿轨一体化动力学与控制技术 工业技术 书籍
作者：	孙俊[等]著
定价：	148.0
出版社：	中国宇航出版社
出版日期：
ISBN：	9787515909974
印次：
版次：
装帧：	精装
开本：	16开

内容简介

本书研究了航天器姿轨一体化动力学建模方法、航天器姿轨一体化鲁棒控制方法，以及基于特征测量的航天器相对视觉导航方法等。

《星际航程：飞船动力学与导航艺术》 一、 缘起：深空求索的千年梦想 自古以来，人类仰望星空，便涌动着探索宇宙奥秘的渴望。从伽利略的望远镜窥探月球的神秘面纱，到齐奥尔科夫斯基的火箭方程点燃太空飞行的梦想，再到“阿波罗”计划的辉煌成就，人类从未停止过迈向星辰大海的脚步。然而，浩瀚的宇宙并非坦途，每一次深远的航行，都依赖于对飞船精确运动轨迹和姿态的严苛把控。这背后，是一门古老而又充满活力的学科——飞船动力学与导航控制技术。 《星际航程：飞船动力学与导航艺术》正是以此为起点，带领读者走进一个由严谨数学、尖端工程与浪漫想象交织而成的世界。本书并非单纯的技术手册，而是一次对飞船在太空中“如何行动”、“如何思考”以及“如何到达目的地”的深度探寻。我们将从基础理论出发，层层剥茧，揭示飞船从发射入轨到执行复杂任务的每一个关键环节，力求以清晰的逻辑、生动的阐述，勾勒出飞船动力学与导航控制技术的全貌。 二、 飞船动力学：宇宙的引力法则与运动的韵律 要理解飞船如何在太空中航行，首先必须洞悉宇宙中最基本的力量——引力。本书的第一部分将深入探讨牛顿万有引力定律，并在此基础上，阐述轨道力学的基础概念。我们将详细解析各种轨道类型，从近地轨道到高椭圆轨道，再到行星际转移轨道，揭示它们各自的几何特性与能量需求。读者将了解到，每一次轨道调整，每一次变轨机动，都是一场与引力巧妙周旋的艺术。 我们将深入研究轨道摄动，这是导致飞船实际轨道偏离理想轨道的各种微小但累积效应。太阳辐射压、大气阻力（在低轨道）、地球非球形引力场、月球和其他行星的引力等，都将成为我们分析的对象。理解这些摄动因素，是实现长期精确轨道维持的关键。 除了轨道运动，飞船自身的姿态控制同样至关重要。本书将详细介绍飞船姿态的定义，以及如何用欧拉角、四元数等数学工具来描述和表示飞船的三维方向。我们还会探讨影响飞船姿态的力矩，例如地球的梯度力矩、太阳辐射压产生的力矩、以及飞船自身推进器产生的力矩。理解这些力矩的来源和作用，是设计稳定有效的姿态控制系统的基础。 三、 导航：洞察方位的眼睛与测量的智慧 要在广袤无垠的宇宙中找到自己的位置，并准确判断前进的方向，离不开精密的导航系统。《星际航程》的第二部分将聚焦于飞船的导航技术。我们将从最基本的轨道测量方法讲起，包括地面光学跟踪、雷达测量、以及星载测距和测角技术。这些技术如何协同工作，为飞船提供实时的位置和速度信息，是本书的重点之一。 本书将详细介绍各种导航滤波算法，如卡尔曼滤波及其变种。这些算法是如何从嘈杂的测量数据中提取出最准确的导航信息，将是读者深入理解的关键。我们将通过实例，展示卡尔曼滤波器在轨道确定和姿态估计中的强大能力。 除了测量和滤波，本书还将探讨星载惯性导航系统（INS）和星敏感器等自主导航技术。INS如何通过陀螺仪和加速度计来推算飞船的运动，以及星敏感器如何通过识别恒星来确定飞船的姿态，都将得到详细的阐述。对于日益重要的深空导航，本书还将介绍诸如无线电导航、光学导航等前沿技术，以及它们在月球、火星等天体探测任务中的应用。 四、 控制：精准的指令与可靠的执行 导航系统提供的是“我们在哪里”的信息，而控制系统则负责“我们应该去哪里”的决策和执行。《星际航程》的第三部分将深入探讨飞船的控制技术。我们将从基本的控制理论出发，介绍PID控制、最优控制等经典控制方法，并分析它们在飞船轨道控制和姿态控制中的适用性。 在轨道控制方面，本书将详细阐述变轨机动的策略。从简单的霍曼转移到更复杂的多次变轨，以及如何利用引力助推来节省燃料，都将是重点讲解的内容。我们将分析各种推进系统的特性，如化学推进和电推进，以及它们如何影响轨道控制的设计。 对于姿态控制，我们将深入研究各种执行机构，如反作用轮（Reaction Wheels）、磁力矩器（Magnetorquers）和推进器。本书将阐述如何根据飞船的任务需求和外部扰动，设计出最优的姿态控制律，以实现高精度的指向和稳定。例如，如何通过反作用轮来精确地指向地面站，或者如何利用磁力矩器在地球磁场中进行姿态稳定。 此外，本书还将讨论飞船自主控制的能力。随着任务复杂度的增加，飞船需要具备在无需地面指令的情况下，自主完成部分导航、制导和控制任务的能力。我们将探讨自主规避碰撞、自主交会对接等关键技术的原理和实现。 五、 关键技术与未来展望：挑战与创新 《星际航程》的第四部分将聚焦于飞船动力学与导航控制领域中的一些关键性技术和前沿研究方向。我们将讨论高精度轨道确定与维持技术，这对于空间站、大型空间望远镜等任务至关重要。例如，如何精确控制空间站的轨道，以避免与空间碎片碰撞，并维持其稳定的运行高度。 对地观测、通信卫星、深空探测器等不同类型的航天器，在动力学与导航控制方面都有其独特的挑战和要求。本书将通过具体的案例分析，展示不同任务背景下的控制策略和技术选择。例如，对地观测卫星需要高精度的指向来拍摄清晰的图像，而深空探测器则需要长距离的精确导航和长时间的自主控制。 最后，本书将展望飞船动力学与导航控制技术的未来发展。人工智能、机器学习在导航与控制中的应用，量子导航技术的潜力，以及更高效、更清洁的推进技术，都将是未来研究的重点。我们将探讨这些新技术将如何改变我们探索宇宙的方式，使我们的星际航程更加遥远、更加高效、更加安全。 结语：飞向未知，掌控无限 《星际航程：飞船动力学与导航艺术》旨在为广大航天爱好者、工程技术人员以及相关专业学生提供一本既有深度又不失趣味的参考读物。通过本书，您将不仅仅了解到飞船如何在太空中运动，更将体会到人类智慧在征服宇宙过程中所展现出的非凡创造力。从精密的轨道计算到敏锐的导航判断，再到可靠的控制执行，每一个环节都凝聚着科学家和工程师的心血。希望本书能点燃您对航天事业的热情，也愿我们的飞船，能够乘着智慧的翅膀，在星辰大海中，书写更壮丽的篇章。

评分☆☆☆☆☆

这本书的包装设计相当有意思，封面是深邃的宇宙背景，点缀着几颗闪烁的星辰，中央则是书名“航天器姿轨一体化动力学与控制技术”，字体粗犷而富有力量感，给人一种专业、沉静的学术氛围。我当初选择这本书，很大程度上是因为它的标题。作为一名对航天领域充满好奇的普通读者，我一直对那些在太空中精密运行的航天器感到着迷。它们如何在浩瀚的宇宙中保持稳定的姿态，精准地沿着预设轨道飞行，这背后蕴含着怎样的科学原理和工程智慧？“姿轨一体化”这个词更是抓住了我的眼球，我理解这或许意味着它不仅仅是分开讨论姿态控制和轨道控制，而是将两者看作一个相互关联、协同工作的整体，这听起来就比分开研究更加复杂和精妙。书的副标题“工业技术”则让我对接下来的内容充满了期待，我希望它能提供一些相对落地、实用的技术信息，而非纯粹的理论推演。当然，我也知道，即使是工业技术，也离不开深厚的理论基础。我希望这本书能够在这两者之间找到一个恰当的平衡点，既能让我领略到航天动力学与控制技术的宏伟蓝图，也能窥见其实现过程中的具体细节。在翻开书页之前，我已经在脑海中勾勒出了许多关于航天器在复杂太空环境中进行姿态调整、轨道变轨、应对扰动等场景的画面，这本书能否将这些画面背后的原理一一揭示，是我最期待的部分。

评分☆☆☆☆☆

作为一本“工业技术”领域的书籍，我期待它能更深入地探讨实际工程中的挑战和解决方案。航天器在太空中所面临的环境是极其复杂的，除了上面提到的引力、光压等，还有辐射、温度变化、微陨石撞击等等，这些都可能对航天器的姿态和轨道产生不利影响。书中是否会讨论这些外部扰动对姿轨一体化动力学模型的影响，以及如何设计相应的控制策略来克服这些扰动？例如，如何设计一个能够抵抗地球引力梯度扰动的姿态控制系统，使其在不同轨道高度都能保持稳定？又或者，如何设计一个能够在太阳光压变化的影响下，依然能够精确维持轨道参数的轨道控制系统？我猜想，书中可能会介绍一些常用的航天器动力学建模方法，以及针对这些模型的分析技术。同时，对于控制器的设计，我希望能够看到一些关于采样时间、量化误差、传感器噪声等实际工程中必须考虑的因素的讨论。是否会提及一些先进的控制技术，比如自适应控制、鲁棒控制、最优控制等，在航天器姿轨控制中的应用？

评分☆☆☆☆☆

我对书中可能会介绍的仿真和验证方法非常感兴趣。在现实世界中，直接在太空中进行大量的实验和验证是极其昂贵且风险极高的。因此，仿真技术在航天器研制过程中扮演着至关重要的角色。我猜想，这本书会详细介绍如何建立航天器的动力学模型，并在此基础上进行仿真。是否会提及一些常用的仿真软件或者仿真平台？例如，如何搭建一个完整的仿真环境，包括航天器的动力学模型、传感器模型、执行器模型、以及外部扰动模型，然后对姿轨一体化控制算法进行测试和评估？我希望它能给出一些关于仿真模型精度、仿真时间、以及仿真结果分析的指导。此外，对于实际的控制系统，书中是否会讨论硬件实现的考量？例如，控制器的计算能力、存储能力，以及通信延迟等问题？以及如何进行硬件在环仿真（HiL）来进一步验证控制系统的性能。

评分☆☆☆☆☆

“一体化”这个词，让我对书中对姿态和轨道控制之间相互影响的深入分析充满了期待。我推测，当航天器进行轨道机动时，例如点火变轨，推进器会产生一个巨大的推力。这个推力如果没有被妥善处理，很可能会导致航天器剧烈翻滚，失去稳定的姿态。那么，书中是如何讲解如何协调这两者之间的控制的呢？是否会介绍一些先进的控制算法，能够同时考虑姿态稳定性和轨道精确性？比如，在执行轨道机动时，姿态控制系统是否会主动介入，通过调整反作用轮或者磁力矩器，来抵消推进器产生的扰动，保持航天器的稳定？又或者，在设计变轨策略时，是否会预先考虑姿态控制的能力，选择更易于姿态控制的变轨方式？我猜想，这本书会展示一些精妙的控制律，能够将姿态和轨道的动态耦合关系进行建模，并在此基础上设计出鲁棒性强的控制器。我也希望它能提及一些实际应用中的案例，说明在哪些具体的任务中，“姿轨一体化”控制尤为重要，例如近地卫星的精确定位，深空探测器的轨道捕获，或者是在轨服务任务中的精确对接。

评分☆☆☆☆☆

接下来，我非常好奇书中对于“控制技术”的具体探讨。动力学描述了航天器“如何运动”，而控制技术则是关于“如何让它按照我们想要的方式运动”。这听起来就像是给航天器装上了一个“大脑”和“四肢”。“姿态控制”部分，我猜想会涉及各种传感器，比如陀螺仪、星敏感器、太阳敏感器等，它们用来感知航天器的当前姿态，然后将信息反馈给控制系统。而执行机构，比如反作用轮（CMG）、磁力矩器、推进器等，则用来产生力矩，改变航天器的姿态。我尤其对反作用轮很感兴趣，它们是如何通过旋转来控制航天器的姿态的？这其中的物理原理听起来就很神奇。而“轨道控制”部分，我预计会讨论如何利用推进系统来精确地改变航天器的轨道参数，比如轨道高度、轨道倾角、轨道偏心率等。这对于将航天器送入预定轨道，或者在轨期间进行变轨操作，例如规避空间碎片，都是至关重要的。书中是否会介绍不同的轨道控制策略？比如，是连续的小推力控制，还是间歇的大推力控制？又或者是否存在一些更高级的、智能化的控制算法，能够根据实时情况动态调整控制方案？我希望这本书能够提供一些实际的控制回路设计思路，哪怕是概念性的讲解，也能让我有所启发。

评分☆☆☆☆☆

我迫不及待地想要一探究竟，这本书的开篇部分，对于航天器动力学的基础概念进行了详细的阐述。我一直在思考，一个物体在太空中，如果没有空气阻力，也没有重力的持续作用（当然，引力依然存在，只是会随着距离变化），它会如何运动？书中应该会从牛顿力学出发，介绍质量、惯性、力矩等基本物理量如何影响航天器的运动状态。特别是“姿态”这个概念，我理解它指的是航天器在三维空间中的指向，比如它的“头部”朝向哪个方向，它的“腹部”朝向哪个方向。这对于相机指向目标、太阳能帆板对准太阳、天线与地面站保持通信都至关重要。而“轨道”则是指航天器在围绕地球或其他天体运行时所遵循的路径。将两者“一体化”，我猜测是说，在进行轨道调整时，必须考虑姿态的变化，反之亦然。比如，当航天器需要加速以改变轨道时，它需要启动发动机，而发动机的推力方向就需要通过姿态控制来精确瞄准。同时，发动机的推力本身也可能对航天器的姿态产生影响，需要姿态控制系统来抵消。书中是否会详细讲解这些力学模型？例如，如何描述航天器的角动量守恒，如何分析外部力矩（如地球引力梯度、太阳光压、大气阻力等）对航天器姿态的影响？我希望它能用清晰的语言和恰当的图示来解释这些复杂的物理过程，让我这个非专业人士也能有所理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“工业技术”定位，也让我对它在实际应用中的落地性充满了好奇。我希望它能不仅仅停留在理论层面，而是能提供一些关于如何将这些理论转化为实际工程应用的指导。例如，在设计一个具体的航天器时，如何根据任务需求来选择合适的姿轨控制方案？是否存在一些通用的设计流程或者设计准则？书中是否会介绍一些典型的航天器任务，并分析它们是如何实现姿轨一体化控制的？比如，通信卫星需要精确指向地面站，导航卫星需要维持稳定的轨道以提供精确的定位信息，空间望远镜需要极其精密的姿态稳定来获取高质量的科学数据。这些不同的任务，其姿轨控制的需求和实现方式是否会有很大的差异？我希望书中能够通过案例分析，来展示理论知识如何应用于解决实际工程问题。

评分☆☆☆☆☆

还有一个方面让我很期待，那就是书中对未来发展趋势的展望。航天技术日新月异，新的材料、新的传感器、新的执行器、以及更强大的计算能力，都在不断推动着姿轨控制技术的发展。我猜想，书中是否会提及一些前沿的研究方向？例如，人工智能在姿轨控制中的应用，是否能够实现更智能、更自适应的控制？又或者，对微小卫星星座的协同控制，如何让成百上千颗卫星在太空中协同工作，完成复杂的任务？另外，随着载人航天和深空探索的深入，对于航天器安全性和可靠性的要求也越来越高。书中是否会讨论如何提高姿轨控制系统的冗余度和容错能力，以应对可能出现的故障？我希望这本书能够不仅仅局限于现有的技术，也能为我们勾勒出未来航天器姿轨控制技术的发展蓝图，让我们对这个领域的发展充满信心。

评分☆☆☆☆☆

我还在思考书中对“航天器”本身的描述。它会涉及不同类型航天器的特点吗？比如，大型空间站、小型立方星、或者是有特殊飞行轨迹的探测器，它们的动力学特性和控制需求会有何不同？我理解，不同的航天器，其质量、转动惯量、表面积等物理参数都可能存在巨大差异，这些参数会直接影响其动力学行为。例如，一个质量很大的空间站，其姿态变化会相对缓慢，可能需要更强大的执行器来产生足够的力矩；而一个质量很小的立方星，其姿态变化可能会非常迅速，对控制系统的响应速度要求极高。此外，像太阳帆、推进式航天器等，其动力学模型和控制策略也会有所不同。我希望书中能够对这些不同类型的航天器进行区分，并探讨在不同情况下，姿轨一体化动力学与控制技术应该如何进行调整和优化。

评分☆☆☆☆☆

最后，我还在琢磨这本书的内容是否会涉及到一些数学工具和方法。姿轨一体化动力学与控制，听起来就是一个充满数学理论的领域。我猜想，书中一定会涉及大量的微分方程、线性代数、复变函数、或者其他更高级的数学工具来描述航天器的运动和设计控制器。我本身对数学并不是非常精通，但我希望书中能够以一种相对易于理解的方式来介绍这些数学概念，并且能够清楚地展示这些数学工具是如何被应用于解决航天器动力学与控制问题的。例如，如何用拉格朗日方程或者牛顿-欧拉方程来建立航天器的动力学模型？如何利用李雅普诺夫稳定性理论来分析控制系统的稳定性？又或者，如何使用矩阵运算来实现姿态的旋转和轨道参数的变换？如果书中能够提供一些简化的数学推导过程，并辅以直观的解释，那将对我理解这本书的内容非常有帮助。