卫星轨道理论与应用

本书主要包括：（1）轨道动力学基础知识。参考系的建立，无摄运动的基本规律，无摄运动与受摄运动之间的关系，受摄运动方程的基本解法及参考解选择。 （2）卫星轨道摄动理论。论述地球卫星在各种力学因素作用下的受摄运动方程的各种具体解法和结果，以及摄动解蕴涵的动力学特征，从而揭示卫星轨道变化规律。 （3）卫星运动定轨问题。包括无任何初始信息的短弧初轨确定原理和方法，以及与其接近不同的精密轨道确定的基本原理和关键问题。

刘林，南京大学天文系教授，博士生导师，天体力学与航天器轨道力学专家，我国航天器轨道力学的奠基人之一，被誉为我国航天器轨道力学学科的主要开创者和传授者。长期从事天体力学的基础研究和航天器轨道力学的理论与应用研究，在近年来神舟飞船、探月工程等重大航天任务中，做出了重要贡献。他的很多开创性成果与我国航天工程紧密相连，近年来主要从事深空探测轨道力学研究，先后主持国家自然科学基金和多项航天领域研究课题，在靠前外学术刊物上发表相关论文250多篇，出版专著和教材10余本。曾获1978年全国科学大会重大成果奖、中国天文学会张钰哲奖，三次获得国家教委科技进步二等奖等。曾任中国天文学会理事、天体力学与卫星动力学专业委员会主任、中国宇航学会理事等，现任宇航学报编委、天文学报编委、教育部深空探测联合研究中心学术委员会委员等。

第1章 卫星运动的数学模型与参考系的选择 1
1.1 卫星在轨运动的数学模型及其求解问题 1
1.2 时空参考系 3
1.3 地球坐标系统 9
1.4 月球坐标系统 22
1.5 火星坐标系统 30
参考文献 35
第2章 二体问题――无摄运动 37
2.1 二体问题的解――六个独立积分 37
2.2 椭圆运动的基本关系式 43
2.3 轨道根数与位置、速度矢量之间的转换关系 48
2.4 椭圆运动的微分关系式 51
2.5 椭圆运动的展开式 55
2.6 抛物线轨道和双曲线轨道 62
参考文献 65
第3章 受摄运动方程的建立及其基本解法 66
3.1 受摄运动的处理方法――常数变易法 66
3.2 摄动运动方程的建立 70
3.3 摄动运动方程的各种形式 76
3.4 摄动运动方程的奇点与处理方法 81
3.5 小参数幂级数解的构造――摄动法 86
参考文献 90
第4章 改进的摄动法――平均根数法 91
4.1 参考解的选择――平均根数的引入 92
4.2 椭圆运动中有关量的平均值 93
4.3 平均根数法 96
4.4 中心天体的扁率摄动解 100
4.5 卫星轨道半长径二阶周期摄动项的获得 110
4.6 扁率摄动解的几种形式及其等价性 113
参考文献 116
第5章 中心天体的非球形引力摄动 117
5.1 天体非球形引力位的一般表达形式 118
5.2 太阳系几个大行星和月球非球形引力位的特征 130
5.3 地球非球形引力带谐项的摄动解 135
5.4 地球非球形引力田谐项的摄动解 151
5.5 月球非球形引力摄动解的构造 163
5.6 金星非球形引力摄动解的构造 172
5.7 坐标系附加摄动及其相关问题 175
参考文献 192
第6章 小分母问题及其解决方法――拟平均根数法 195
6.1 问题的提出 195
6.2 通约奇点对应的轨道共振问题 196
6.3 拟平均根数法 200
6.4 采用拟平均根数法构造中心天体的非球形引力摄动解 203
6.5 同时消除e＝0和通约奇点的摄动法 210
6.6 同时消除e＝0，i＝0和通约奇点的摄动法 225
参考文献 227
第7章 其他引力摄动 228
7.1 卫星轨道的第三体引力摄动模型 228
7.2 地球卫星轨道的第三体引力摄动解 232
7.3 其他大天体卫星轨道的第三体引力摄动简介 243
7.4 中心天体的形变摄动 245
7.5 卫星轨道运动中的后牛顿效应 251
参考文献 258
第8章 非引力摄动与轨道机动问题 260
8.1 太阳辐射压摄动 260
8.2 阻尼效应――大气阻力摄动 272
8.3 表面力模型的改进问题 291
8.4 小推力助推问题与轨道机动 293
参考文献 295
第9章 卫星轨道变化的特征及其应用 297
9.1 恒星周期与交点周期 297
9.2 极轨卫星 303
9.3 太阳同步卫星 306
9.4 冻结轨道的存在及其特征 310
9.5 临界倾角轨道的特征及其应用 318
9.6 中心天体同步轨道的漂移现象 320
9.7 卫星运动的轨道寿命问题 328
参考文献 232
第10章 变换方法 334
10.1 哈密顿力学简介 334
10.2 正则变换 339
10.3 正则变换方法的引用 351
10.4 一般变换方法 372
参考文献 377
第11章 轨道运动方程的数值解法 379
11.1 常微分方程数值解法简介 379
11.2 常用数值解法中的单步法 382
11.3 常微数值解法中的多步法 388
11.4 卫星运动方程数值解中状态量和积分步长的选择 395
11.5 卫星运动方程数值解中沿迹误差的特征及其控制 400
参考文献 404
第12章 卫星轨道确定问题 406
12.1 卫星轨道确定问题的提法 406
12.2 初轨确定的基本前提与定轨原理 407
12.3 精密定轨简介 420
12.4 卫星轨道预报与定轨的关系 437
参考文献 438
附录1 天文常数 440
附录2 常用公式 442
附录3 几个大天体的引力场模型 449
附录4 太阳系大天体的平均 轨道计算公式 482
附录5 IAU2000天体定向模型 486