目 錄
前 言
第1章 緒論 1
1.1 人造地球衛(wèi)星的分類 2
1.1.1 基于用途的分類 2
1.1.2 基于功能的分類 2
1.2 衛(wèi)星在軍事航天中的發(fā)展 6
1.2.1 發(fā)展歷程 6
1.2.2 發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.2.3 發(fā)展趨勢(shì) 9
1.3 世界主要衛(wèi)星系統(tǒng)簡(jiǎn)介 10
1.3.1 導(dǎo)航系統(tǒng) 11
1.3.2 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng) 13
1.4 常用人造地球衛(wèi)星軌道 16
1.4.1 按衛(wèi)星運(yùn)行軌道的偏心率分類 16
1.4.2 按衛(wèi)星運(yùn)行的高度分類 16
1.4.3 按衛(wèi)星運(yùn)行軌道的傾角分類 17
1.4.4 特殊類型軌道 17
1.5 衛(wèi)星軌道理論及其應(yīng)用概述 19
第2章 天球坐標(biāo)系和時(shí)間系統(tǒng) 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(zhì) 22
2.2.2 球面三角形 24
2.2.3 球面坐標(biāo)和直角坐標(biāo) 24
2.2.4 球面三角形公式 26
2.3 天球上基本的點(diǎn)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(diǎn)和天卯酉圈 31
2.3.5 黃道和黃極 32
2.4 地心天球坐標(biāo)系 32
2.4.1 地平坐標(biāo)系 32
2.4.2 時(shí)角坐標(biāo)系 33
2.4.3 赤道坐標(biāo)系 34
2.4.4 黃道坐標(biāo)系 34
2.5 地心天球坐標(biāo)系之間的關(guān)系 35
2.5.1 地平坐標(biāo)系和時(shí)角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換 35
2.5.2 赤道坐標(biāo)系和時(shí)角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換 37
2.5.3 黃道坐標(biāo)系和赤道坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換 37
2.6 時(shí)間系統(tǒng) 38
2.6.1 世界時(shí)系統(tǒng) 39
2.6.2 歷書(shū)時(shí)系統(tǒng) 46
2.6.3 原子時(shí) 47
2.6.4 力學(xué)時(shí) 47
2.6.5 貝塞爾年和儒略年 48
第3章 歲差、章動(dòng)和極移 50
3.1 日月和行星的引力對(duì)地球運(yùn)動(dòng)的影響 50
3.1.1 太陽(yáng)的引力對(duì)地球運(yùn)動(dòng)的影響 50
3.1.2 月球的引力對(duì)地球運(yùn)動(dòng)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(dòng) 54
3.4 極移及區(qū)別 55
3.4.1 極移 55
3.4.2 極移與歲差、章動(dòng)的區(qū)別 55
3.5 歲差、章動(dòng)對(duì)恒星時(shí)的影響 56
3.5.1 格林尼治平恒星時(shí)和真恒星時(shí) 56
3.5.2 黃道平太陽(yáng)的黃經(jīng) 57
3.5.3 赤道平太陽(yáng)的赤經(jīng) 57
3.6 協(xié)議天球坐標(biāo)系 58
3.6.1 協(xié)議天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 59
3.6.2 瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 59
3.7 協(xié)議地球坐標(biāo)系 60
3.7.1 協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 60
3.7.2 瞬時(shí)天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 61
第4章 衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng) 63
4.1 二體問(wèn)題的運(yùn)動(dòng)微分方程 63
4.2 運(yùn)動(dòng)微分方程的解 64
4.2.1 面積積分（動(dòng)量矩積分） 64
4.2.2 軌道積分——橢圓軌道參數(shù) 66
4.2.3 平均角速度公式和速度公式（活力公式） 70
4.2.4 開(kāi)普勒積分——軌道時(shí)間參數(shù) 71
4.2.5 開(kāi)普勒軌道根數(shù) 74
4.3 二體問(wèn)題衛(wèi)星星歷的計(jì)算 76
4.3.1 三種近點(diǎn)角的關(guān)系 76
4.3.2 三種近點(diǎn)角和向徑的導(dǎo)數(shù)關(guān)系 77
4.3.3 開(kāi)普勒方程的解 79
4.3.4 衛(wèi)星位置和速度的計(jì)算公式 79
4.4 初始軌道的計(jì)算 82
4.4.1 已知 和 的軌道計(jì)算 82
4.4.2 已知 和 的軌道計(jì)算 84
4.4.3 由 、 計(jì)算 、 91
4.5 衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)動(dòng) 93
4.5.1 順行軌道和逆行軌道 93
4.5.2 衛(wèi)星的可見(jiàn)區(qū)域 93
4.5.3 衛(wèi)星的地面高度和軌道高度 94
4.5.4 衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)行速度 94
4.5.5 衛(wèi)星在軌道上的安全性 95
第5章 衛(wèi)星常用的攝動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程 97
5.1 人造地球衛(wèi)星的攝動(dòng)運(yùn)動(dòng) 97
5.1.1 直角坐標(biāo)系下的攝動(dòng)運(yùn)動(dòng) 97
5.1.2 位函數(shù)和攝動(dòng)函數(shù) 98
5.2 高斯型攝動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程 100
5.2.1 高斯型攝動(dòng)Ⅰ 100
5.2.2 高斯型攝動(dòng)Ⅱ 111
5.3 拉格朗日型攝動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程 115
5.3.1 與 、 和 之間的關(guān)系 115
5.3.2 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)中一些量與軌道根數(shù)的偏導(dǎo)數(shù) 117
5.3.3 的具體形式 120
5.3.4 攝動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程 121
5.4 關(guān)于人造地球衛(wèi)星受力的討論 123
5.4.1 地球非球形攝動(dòng) 123
5.4.2 大氣阻力攝動(dòng)及大氣特征 126
5.4.3 太陽(yáng)輻射壓力攝動(dòng) 126
5.4.4 日、月引力攝動(dòng)及拉格朗日點(diǎn) 128
5.4.5 潮汐攝動(dòng)力 129
5.4.6 空間環(huán)境對(duì)軌道壽命的影響 130
第6章 地球形狀攝動(dòng)的分析解 131
6.1 人衛(wèi)單位 131
6.2 地球重力場(chǎng)和攝動(dòng)函數(shù) 132
6.2.1 地球重力場(chǎng)表達(dá)式 132
6.2.2 球諧函數(shù)及其正常化 133
6.2.3 地球重力場(chǎng)攝動(dòng)函數(shù)表達(dá)式和攝動(dòng)力估計(jì) 135
6.3 地球重力場(chǎng)攝動(dòng)函數(shù)的分解 138
6.3.1 常用函數(shù)的平均值 139
6.3.2 R的分解 145
6.4 攝動(dòng)運(yùn)動(dòng)的級(jí)數(shù)解法 148
6.4.1 初始根數(shù)法 148
6.4.2 平根數(shù)法 150
6.5 平根數(shù)法的一階解 155
6.5.1 一階長(zhǎng)期項(xiàng)和根數(shù) M的零階長(zhǎng)期項(xiàng) 156
6.5.2 一階短周期項(xiàng) 158
6.5.3 二階長(zhǎng)期項(xiàng) 166
6.5.4 一階長(zhǎng)周期項(xiàng) 168
6.5.5 平根數(shù)法的解算步驟和奇點(diǎn)問(wèn)題 177
第7章 人造地球衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì) 179
7.1 星下點(diǎn)軌跡 179
7.1.1 曲面上的曲線和地圖投影 180
7.1.2 無(wú)旋地球上的星下點(diǎn)軌跡 200
7.1.3 旋轉(zhuǎn)地球上的星下點(diǎn)軌跡 207
7.2 衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 210
7.2.1 地面覆蓋問(wèn)題及地面目標(biāo)分辨率 210
7.2.2 重復(fù)觀測(cè)問(wèn)題 219
7.2.3 星下點(diǎn)太陽(yáng)照明問(wèn)題 224
7.2.4 衛(wèi)星的受曬問(wèn)題 230
7.3 幾種典型的衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì) 240
7.3.1 回歸軌道 240
7.3.2 太陽(yáng)同步軌道 243
7.3.3 凍結(jié)軌道 244
7.3.4 低軌快速進(jìn)入空間軌道 246
7.4 衛(wèi)星星座 248
7.4.1 星座設(shè)計(jì)的原則 249
7.4.2 衛(wèi)星環(huán) 250
7.4.3 星座的基本構(gòu)型 253
7.5 衛(wèi)星編隊(duì)飛行 255
7.5.1 坐標(biāo)系定義 256
7.5.2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程 256
7.5.3 幾種典型編隊(duì)構(gòu)型 258
7.5.4 編隊(duì)衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)流程 260
7.5.5 編隊(duì)設(shè)計(jì)實(shí)例 262
第8章 人造地球衛(wèi)星的發(fā)射 263
8.1 運(yùn)載火箭的發(fā)射段彈道 263
8.1.1 發(fā)射段彈道的要求 263
8.1.2 發(fā)射段彈道的特點(diǎn) 264
8.1.3 理想情況下的最佳發(fā)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(fā)射段彈道的幾種形式 272
8.2 非共面發(fā)射 273
8.2.1 發(fā)射時(shí)刻、降交點(diǎn)地方時(shí)和發(fā)射窗口 274
8.2.2 發(fā)射點(diǎn)緯度、發(fā)射方位角和軌道傾角的關(guān)系 275
8.3 運(yùn)載火箭發(fā)射彈道的優(yōu)化設(shè)計(jì) 276
8.3.1 發(fā)射彈道的工程設(shè)計(jì)方法 277
8.3.2 大氣層外的火箭運(yùn)動(dòng)方程 285
8.3.3 大氣層外的最優(yōu)俯仰程序 287
8.4 運(yùn)載火箭的飛行性能估算 291
8.4.1 假設(shè)和原始數(shù)據(jù) 291
8.4.2 真空段運(yùn)動(dòng)方程及其求解 294
8.4.3 第二級(jí)火箭性能估算舉例 296
8.5 入軌點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)偏差與衛(wèi)星軌道根數(shù)偏差的關(guān)系 298
8.5.1 軌道根數(shù)與入軌點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系 298
8.5.2 誤差系數(shù)矩陣 300
8.5.3 近地點(diǎn)高度和遠(yuǎn)地點(diǎn)高度對(duì)入軌點(diǎn) r、V、Θ偏差的敏感性分析 307
第9章 軌道機(jī)動(dòng)的沖量方法 310
9.1 軌道調(diào)整 311
9.1.1 軌道周期調(diào)整及推進(jìn)劑消耗 312
9.1.2 軌道長(zhǎng)半軸 a和偏心率 e的調(diào)整 315
9.1.3 Ω和 i的調(diào)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沖量最優(yōu)軌道改變 330
9.3 軌道轉(zhuǎn)移 335
9.3.1 共面圓軌道的最優(yōu)轉(zhuǎn)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(yōu)轉(zhuǎn)移軌道一 347
9.3.4 共面橢圓軌道的最優(yōu)轉(zhuǎn)移軌道二 350
9.3.5 非共面圓軌道的最優(yōu)轉(zhuǎn)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(shí)間攔截軌道 364
9.4.3 橢圓軌道蘭伯特飛行時(shí)間定理 372
9.4.4 廣義攔截問(wèn)題 381
第10章 軌道機(jī)動(dòng)的制導(dǎo)方法 385
10.1 正弦制導(dǎo)方法與 Q制導(dǎo)方法 385
10.1.1 正弦制導(dǎo)方法 386
10.1.2 Q制導(dǎo)方法 386
10.2 速度增益制導(dǎo)方法 389
10.3 交會(huì)制導(dǎo)方法 392
10.3.1 末制導(dǎo)系統(tǒng) 392
10.3.2 坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)方程 393
10.3.3 運(yùn)動(dòng)方程的自由解 396
10.4 末制導(dǎo)方法 398
10.4.1 法向制導(dǎo) 398
10.4.2 縱向制導(dǎo) 400
參考文獻(xiàn) 402