編輯推薦

　　《深空探測軌道理論與應用》理論體係完整，並注意到與實際應用的緊密聯係，既具基礎性又具實用性。有關科技人員從中可獲得解決天文探測與航天工程問題的理論依據和實用方法；也是天文、應用數學、一般力學和航天動力學等領域研究生學習軌道力學的基礎教材。

內容簡介

　　《深空探測軌道理論與應用》是深空探測軌道力學領域的基礎論著作，書中內容是作者30多年來在該領域的教學和多項研究工作成果的總結。主要針對深空探測器（即太陽係的人造小天體）的質心運動，闡述軌道力學的基本理論及其在航天領域各相關工程中的應用。

　　《深空探測軌道理論與應用》共10章，包括深空探測軌道力學的基本問題：限製性三體問題，特彆是圓型限製性三體問題的動力學特徵及其在各特定航天任務中的應用；深空探測（特彆是月球、火星和小行星探測）器的發射軌道，轉移軌道及其控製等關鍵問題。

作者簡介

　　劉林，南京大學天文係教授，博士生導師，天體力學與航天器軌道力學專傢，我國航天器軌道力學的奠基人之一，被譽為我國航天器軌道力學學科的主要開創者和傳授者。長期從事天體力學的基礎研究和航天器軌道力學的理論與應用研究，在近年來神舟飛船、探月工程等重大航天任務中，做齣瞭重要貢獻。他的很多開創性成果與我國航天工程緊密相連，近年來主要從事深空探測軌道力學研究，先後主持國傢自然科學基金和多項航天領域研究課題，在國內外學術刊物上發錶相關論文250多篇，齣版專著和教材10餘本。曾獲1978年全國科學大會重大成果奬、中國天文學會張鈺哲奬，三次獲得國傢教委科技進步二等奬等。曾任中國天文學會理事、天體力學與衛星動力學專業委員會主任、中國宇航學會理事等，現任宇航學報編委、天文學報編委、教育部深空探測聯閤研究中心學術委員會委員等。

目錄

第1章 深空探測器運動的力學環境與數學模型 1
1．1 太陽係小天體運動對應的限製性問題 1
1．2 限製性問題的分類及其相應的力學模型 2
1．3 深空探測器運動的基本數學模型 4
參考文獻 10
第2章 參考係與太陽係主要天體曆錶 11
2．1 時間係統 12
2．2 空間坐標係統 16
2．3 各大天體坐標係之間的聯係 22
2．4 太陽係主要天體的曆錶 23
參考文獻 28
第3章 限製性三體問題的基本方程與Jacobi積分 29
3．1 坐標係的選擇與小天體的運動方程 29
3．2 圓型限製性三體問題的Jacobi積分與解的存在性 36
3．3 橢圓型限製性三體問題 40
3．4 圓型限製性（2+2）體問題 47
3．5 受攝圓型限製性三體問題的運動方程 48
參考文獻 53
第4章 圓型限製性三體問題的平動解與周期解 55
4．1 圓型限製性三體問題的平動解 55
4．2 Jacobi常數及其5個臨界值 58
4．3 零速度麵與運動可能區域 59
4．4 橢圓型限製性三體問題的特解 65
4．5 圓型限製性（2+2）體問題的平動解 66
4．6 圓型限製性三體問題的周期解 68
參考文獻 73
第5章 圓型限製性三體問題平動解的穩定性概況 74
5．1 各種穩定性的提法 74
5．2 平動解的穩定性概況 81
5．3 共綫平動點附近的運動穩定性問題 85
5．4 三角平動點附近的運動穩定性問題 89
5．5 航天器的編隊飛行問題 100
參考文獻 105
第6章 共綫平動點的動力學特徵及其應用 106
6．1 共綫平動點附近的周期和擬周期運動 106
6．2 共綫平動點附近運動的不變流形 120
6．3 實際力模型下的擬周期運動 127
6．4 共綫平動點特徵在深空探測中的應用 134
參考文獻 148
第7章 三角平動點的動力學特徵及其應用 150
7．1 三角平動點穩定性的研究狀況 150
7．2 三角平動點附近的周期軌道族 160
7．3 實際力模型下的擬周期軌道 169
7．4 三角平動點特徵在深空探測中的應用 175
參考文獻 192
第8章 月球探測的軌道問題 195
8．1 發射月球探測器的基本依據與自由返迴軌道 195
8．2 地―月轉移軌道及其軌道的幾何特徵 206
8．3 月―地轉移軌道及其軌道的幾何特徵 219
8．4 發射月球探測器各類轉移軌道的比較 230
參考文獻 240
第9章 深空探測的軌道問題 242
9．1 朗伯方程 242
9．2 發射火星探測器的轉移軌道 250
9．3 火星探測器發射的藉力加速機製 264
9．4 其他大行星探測的軌道問題 271
9．5 深空探測中其他有關的軌道問題 275
參考文獻 285
第10章 小行星探測的軌道問題 287
10．1 小行星簡介 287
10．2 小行星的引力場模型 293
10．3 小行星探測的伴飛形式 309
10．4 小行星探測的環繞型軌道 313
參考文獻 316
附 錄 319
附錄A 天文常數 319
附錄B IAU2000天體定嚮模型 321
參考文獻 324

前言/序言

　　總 序

　　本套著作叢書將係統地總結天文與航天領域關於航天器軌道力學的理論、關鍵技術創新和工程應用等方麵的研究成果，並以此作為凝聚人纔、打造尖端科研人纔和開展航天科技自主創新研究的重要知識平颱。

　　全套著作包含航天工程事業發展中需要的軌道力學所涉及的各個方麵，包括精確的天文參考係，各類航天器的軌道運行理論、計算方法，工程應用中的軌道設計、測量、跟蹤與控製，以及科學應用等。核心部分是軌道力學理論與計算方法，其理論體係完備，方法實用，與工程實踐聯係緊密，著作中的主要理論與方法在我國多項航天任務中已得到瞭成功的應用。撰寫組成員包括從事與航天工程有密切聯係的教學和理論研究專傢、多年來活躍在航天工程第一綫的技術專傢，既保證瞭這套著作的嚴密理論體係，又能滿足我國航天事業發展的實際需求，為我國當前和未來的重大航天工程實施提供理論和技術支撐。

　　本套著作除總結瞭作者自20世紀50年代末以來多年的研究成果外，還涵蓋瞭作者在南京大學、上海天文颱、相關高校和航天工程等單位講課所撰寫的10多本教材的相關內容，全套著作共有以下四個分冊：

　　（1）參考坐標係及航天應用。

　　（2）衛星軌道理論與應用。

　　（3）深空探測軌道理論與應用。

　　（4）航天器定軌理論與應用。

　　這是一套體係嚴密，同時具有基礎性和實用性，符閤我國航天工程實踐的專著。

　　考慮到四個分冊編寫內容之間的聯係和差彆，以及便於讀者閱讀，在四個分冊中對某些問題進行瞭必要的重復闡述，同一內容也會有不同的錶述等，但仍保持瞭全套叢書體係的完整性。

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　　前 言

　　隨著航天技術的發展和各種需求，從20世紀50年代世界上第一顆人造地球衛星上天以來，各種航天器相繼升空，為瞭實現人們對太陽係及宇宙空間的深入瞭解，深空探測領域的各種航天活動也隨之展開。繼20世紀60年代末美國實現載人登月後，航天研究又逐漸嚮深空發展，參與深空探測的國傢和地區也越來越多，如美國、俄羅斯、歐空局、日本等。我國在深空探測領域起步比西方國傢晚瞭近50年，但隨著2007年“嫦娥”探月一期工程的圓滿完成，深空探測計劃也在穩步推進。

　　為瞭適應我國深空探測事業發展的需求，相應的深空探測器軌道力學的研究工作也應加快步伐，盡快地追蹤國際上的研究水平，為此，我們將30年來在該領域的研究成果進行整理，並融入瞭作者在教學工作中的經驗與總結撰寫成本專著。

　　盡管國內外航天界對“深空”的含義有不同的見解，但就太陽係中探測器在運行過程中的受力狀況而言，不外乎有兩類力學模型：一是隻有一個主要力源的受攝二體問題；二是有兩個主要力源的限製性三體問題。通常所說的衛星（如大行星的自然物象，人造地球衛星、月球衛星、火星衛星等）運動，就屬於前一類，而其他探測器的運動（如月球探測器、火星探測器，小行星探測器等轉移軌道段的運行軌道）則屬於後一類。在此前提下，不妨也將有爭議的月球探測列入深空探測範疇，這並不涉及對“深空”如何準確定義的問題。關於第一類以受攝二體問題為主綫展開論述的衛星運動問題，已作為全套專著的第二本齣版，即“衛星軌道理論與應用”。本書是作為全套專著的第三本，以限製性三體問題的研究成果及其在航天領域的應用展開論述，書名為“深空探測軌道理論與應用”。

　　本書具體內容的安排分為如下四個部分。

　　第1章至第5章係統闡明深空探測器在各運行階段所涉及的軌道力學基礎，包括處理探測器運行的數學模型和已獲得的基本結論，為進一步深入研究深空探測器運行軌道的特徵奠定理論基礎。

　　第6章和第7章介紹深空探測中的一個熱點問題——平動點的動力學特徵及其附近周期和擬周期軌道的存在性和構造方法，與共綫平動點有關的不變流形和“節能通道”的動力學機製，以及平動點所具備的動力學特徵在深空探測中的應用前景。

　　第8章和第9章是論述我國正在和將要開展的月球、火星等探測中的軌道力學問題。

　　第10章是小行星探測的軌道問題。

　　書中公式和符號較多，同一符號在不同公式中可能有不同含義，但為瞭需要，同一量在不同公式中可能又用不同的符號錶示。然而，對於最常用的量，將盡量保持用同一符號錶示，特彆注意與本書涉及的全套專著的另三本書的統一錶達形式，而且盡可能采用國際學術界在本學科領域中習慣采用的符號，便於讀者查閱有關原始文獻。

　　本書是根據南京大學天文係30多年來開設的研究生專業課程的自編教材（南京大學研究生重點建設教材《軌道力學》），2012年齣版的“深空探測器軌道力學”和多項研究工作的積纍而寫成。作為本書的另一位作者——我的學生侯锡雲博士，近年來在這一領域（特彆是限製性三體問題的平動點動力學方麵）做齣瞭很齣色的工作，包括他的優秀博士論文（平動點的動力學特徵及其應用，獲教育部、國務院學位委員會批準的“2011年全國優秀博士學位論文”奬），深得國內外同行的重視，並參與瞭第6至第10章的撰寫。

　　這裏還要特彆感謝上海天文颱的葉叔華院士，是她於21世紀初和2004年先後引薦我們參與瞭國傢有關深空探測工程的先期論證工作，促進瞭本研究團隊在深空探測軌道力學領域研究工作的深入，為本專著的撰寫起瞭極其重要的推動作用。

　　劉 林