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| 內容簡介： |
本书基于课题研究与工程实践，对深空探测轨迹设计和分析的理论、系统开发及应用进行了阐述，全书共12章。第1章讨论了世界深空探测的最新进展，分析了深空探测轨迹设计的特点和复杂性，以及深空探测轨迹设计的重要性。第2章阐述了国外深空轨迹设计平台的现状。第3章介绍了深空探测全域轨迹设计系统的设计思想、总体构架、系统组成、应用流程，及其在深空探测数字工程生态体系中的位置和作用。第4章介绍了基于序列化图谱的深空探测任务定义方法。第5章至第8章分别介绍了月球、行星、小天体和太阳系星座的轨迹设计与优化方法。第9章、第10章对深空探测全域轨迹约束和可视化设计进行阐述。第11章为月球与行星探测任务中的典型应用案例。第12章为结语。相关理论、方法及软件系统已在嫦娥、天问等多项深空探测任务轨迹设计与验证中得到应用。來源：香港大書城megBookStore,http://www.megbook.com.hk
本书主要面向深空探测工程总体和各系统的技术人员，以及轨迹设计领域的科研人员和学生，同时也可供广大宇宙探索爱好者参考借鉴。
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| 關於作者： |
刘继忠，男，博士，研究员，国际宇航科学院院士。长期从事国家重大工程和航天控制理论技术研究，在运载火箭、月球探测、行星探测等领域的战略研究、规划论证、总体设计、组织实施和国际合作等方面做出了突出贡献，被党中央、国务院授予我国首次颁授的“国家卓越工程师”称号。曾获全国五一劳动奖章、国家科学技术进步奖一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、省部级科学技术进步奖等，享受国务院政府特殊津贴，出版专著6部，授权发明专利 10余项。
葛平，男，硕士，高级工程师。长期从事我国航天重大工程技术总体和基于模型的系统工程研究等，参与我国载人航天工程任务测控通信系统研制建设，参与探月工程三期工程总体技术研究与相关系统研制、试验和质量工作。获国防科技进步二等奖1项，军队科技进步二等奖1项、三等奖2项，探月工程三期再入返回飞行试验任务突出贡献个人奖1项、首次月球采样返回任务突出贡献个人奖1项，荣立三等功2次。
任俊杰，男，硕士，研究员。长期从事载人航天工程、探月工程等国家重大工程，在载人飞船应急救生、故障对策、应急返回、飞行控制、月球采样返回工程总体技术、深空探测数字化理论与技术等方面做出了突出贡献，被国家人事部等部门表彰为“中国载人航天工程突出贡献者”“首次月地高速再入返回工程突出贡献者”“嫦娥五号任务先进工作者”。曾获5项全军及省部级科学技术进步奖，出版专著1部，授权发明专利5项。
康焱，男，博士，研究员，主要从事航天器总体设计、基于模型的系统工程、基于模型的总体设计与仿真技术研究和工程应用，先后参与载人航天、月球与深空探测等国家重大工程的规划论证、总体设计、产品研制等工作，主持和参与国家重点研发计划、民用航天预研项目、国防基础科研项目、技术基础科研项目、航天科技集团质量提升工程等，获北京市科技进步一等奖、国防科工局 2022 年度专项工作先进个人等4项。
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1世界深空探测最新进展1
1.1.1美国1
1.1.2欧空局4
1.1.3俄罗斯、日本、印度4
1.1.4中国6
1.2深空探测轨迹设计的特点和复杂性7
1.2.1多中心天体，有限的认知影响探测方式与轨迹设计8
1.2.2飞行时间长，轨迹设计优化难度大、要求高9
1.2.3多推进方式联合，轨迹控制过程设计要求高11
1.2.4与任务目标耦合，具有多样性和选择性12
1.3深空探测轨迹设计的重要性12
1.4小结14
第2章国外深空轨迹设计平台15
2.1NASA深空探测软件15
2.1.1JPL的行星际飞行方案设计与分析软件系统15
2.1.2GSFC的通用航天任务仿真工具GMAT16
2.2欧洲的深空探测软件18
2.2.1ESA的并行全局多目标优化器（PaGMO）18
2.2.2ESA的Python开普勒工具箱（PyKEP）19
2.2.3CNES 的轨道力学工具箱（Celestlab）21
2.3其他软件22
2.3.1AGI的系统工具箱STK22
2.3.2MATLAB内嵌航空航天工具箱25
2.3.3A.I. Solutions公司的Freeflyer27
2.3.4荷兰代尔夫特理工大学的Tudat29
2.4小结29
第3章深空探测全域轨迹设计系统总体设计30
3.1深空探测数字工程生态体系30
3.2系统设计思想31
3.2.1轨迹设计并行化、协同化32
3.2.2任务过程分段化、模块化33
3.2.3与工程总体结合紧密35
3.3系统总体设计36
3.3.1总体架构36
3.3.2系统组成36
3.3.3应用流程38
3.4与其他系统接口39
3.4.1与多学科任务协同设计系统的接口40
3.4.2与多层级仿真验证系统的接口40
3.4.3与数字太阳系平台的接口42
3.4.4与频率兼容性仿真与态势分析软件的接口44
3.5小结44
第4章基于序列化图谱的深空探测任务定义46
4.1任务要素定义46
4.1.1任务对象46
4.1.2行为定义49
4.1.3其他要素51
4.2任务过程定义51
4.2.1任务过程快速定义51
4.2.2任务过程全面定义52
4.3基于序列化图谱的任务定义实现53
4.3.1基于XML的任务要素定义53
4.3.2基于Activiti的任务过程定义55
4.3.3典型任务定义过程57
4.4小结57
第5章月球探测窗口搜索及轨迹优化设计58
5.1概述58
5.1.1引力环境特点58
5.1.2平动点58
5.1.3希尔域60
5.2月球探测任务轨道60
5.2.1环月轨道设计61
5.2.2平动点轨道设计62
5.2.3远距离逆行轨道67
5.3月球探测窗口搜索与计算69
5.3.1地月转移发射窗口69
5.3.2月地返回发射窗口72
5.4月球探测转移轨道优化设计74
5.4.1霍曼转移76
5.4.2低能量转移78
5.4.3其他问题83
5.5月球着陆上升轨迹优化设计84
5.5.1着陆轨迹设计84
5.5.2起飞上升轨迹设计86
5.6小结87
第6章行星探测窗口搜索及轨迹优化设计
88
6.1概述88
6.2行星探测发射窗口搜索89
6.2.1交会型探测任务发射窗口搜索89
6.2.2行星际往返型任务发射窗口搜索90
6.3行星际直接转移轨道优化设计93
6.3.1行星际脉冲式直接转移轨道优化设计93
6.3.2行星际小推力直接转移轨道优化设计96
6.3.3行星际探测往返式直接转移轨道优化设计101
6.4行星际借力飞行转移轨道优化设计104
6.4.1行星借力飞行序列选择研究104
6.4.2带深空机动的脉冲式借力飞行轨道优化设计109
6.4.3无深空机动的脉冲式借力飞行轨道优化设计113
6.4.4结合连续小推力与借力飞行轨道优化设计研究115
6.5行星着陆上升轨迹优化设计118
6.5.1软着陆轨迹设计119
6.5.2起飞上升轨迹设计120
6.6小结121
第7章小天体探测轨迹优化设计
122
7.1概述122
7.2小天体多面体模型和引力位123
7.3小行星探测任务目标选择125
7.4小天体探测任务转移轨道128
7.4.1面向小天体环绕的转移轨道设计128
7.4.2多目标探测小天体转移轨道设计129
7.5小天体伴飞/绕飞轨道的优化设计132
7.5.1航天器运动方程132
7.5.2晨昏线轨道设计133
7.5.3指定高度环绕轨道设计137
7.5.4小天体附着轨道优化设计142
7.6小结143
第8章太阳系星座布局及轨道设计144
8.1月球星座144
8.1.1月球星座设计方法144
8.1.2典型月球星座147
8.2火星星座150
8.2.1火星星座设计方法150
8.2.2典型火星星座151
8.3小行星监测星座154
8.3.1拉格朗日点星座设计154
8.3.2类金星轨道星座设计155
8.3.3地球领航/拖尾星座设计156
8.3.4日地DRO星座设计158
8.4小结158
第9章全域轨迹设计约束分析159
9.1测控通信覆盖分析159
9.1.1测控通信跟踪弧段计算分析159
9.1.2日凌预报模型162
9.1.3航天器遮挡计算分析163
9.2光照条件分析164
9.2.1轨道面与太阳夹角164
9.2.2单天体遮挡蚀因子164
9.2.3两天体遮挡情况165
9.2.4多天体遮挡情况166
9.3目标覆盖性能分析167
9.3.1覆盖性能概念167
9.3.2覆盖性能指标168
9.4小结169
第10章全域轨迹可视化设计170
10.1视图管理与控制170
10.1.1视图管理170
10.1.2基准地图显示171
10.1.3模型动画显示172
10.1.4三维视角控制173
10.2实体模型显示173
10.2.1探测器显示173
10.2.2轨道显示173
10.2.3体显示175
10.3报告图表显示176
10.4小结176
第11章月球与行星探测任务中的典型应用177
11.1月球探测任务中的典型应用177
11.1.1地月转移发射窗口搜索177
11.1.2地月转移轨道优化设计178
11.1.3近月制动与环月飞行179
11.1.4月地返回窗口搜索180
11.1.5月地返回轨道优化设计181
11.2火星探测任务中的典型应用182
11.2.1火星探测发射窗口搜索183
11.2.2地火转移轨道设计186
11.2.3火星停泊轨道设计188
11.2.4火星着陆轨道设计190
11.2.5火地返回窗口搜索191
11.2.6火地返回轨道设计192
11.3小行星探测任务中的典型应用194
11.3.1小行星往返转移轨道设计194
11.3.2小行星伴飞轨道设计196
11.4小结197
第12章结语198
附录A轨道设计相关参数199
附录B数值优化算法204
附录CDASE1.0系统安装与用户注册212
参考文献220
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| 內容試閱：
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轨迹设计和分析是航天飞行任务论证和设计的基础，是航天运输系统研制的关键核心
技术。随着深空探测的发展，深空探测轨迹设计已逐渐发展成为一个航天动力学学科分
支，面临以下挑战:一是过程复杂，飞行阶段多、飞行时间长等;二是环境复杂，包括多
中心天体、多天体摄动、多环境交变等;三是系统构成复杂，包括运载火箭系统、探测器
系统、测控系统、发射场和着陆场系统、数据接收系统等。传统轨迹设计方法往往是按照
飞行阶段、各系统、各中心天体分别设计，然后进行拼接、优化。轨迹设计周期长且效率
低，设计余量综合优化难。利用数字化手段构建基于空间域(含太阳系多天体)、时间域
(发射、转移、飞越、环绕、着陆、返回等全飞行过程)、功能域(各系统协同设计)的全
域轨迹设计系统，是深空探测进入“无人区” 非常迫切和重要的途径，也是促进工程创
新、提升任务效能、提高研制效率的重要需求。在民用航天项目和嫦娥、天问工程的支持
下，由工程总体牵头，联合深空探测实验室、北京航天飞行控制中心、航天科技集团公
司、北京理工大学、北京航空航天大学、中国科学院空间科学中心等国内优势单位，开始
了相关理论研究和“深空探测全域轨迹设计系统”的研制工作。目前该系统已应用于探月
四期、天问三号的方案论证和研制，形成了高效的并行协同模式。
本书基于课题研究与工程实践，对深空探测轨迹设计和分析的理论、系统开发及应用
进行了阐述，全书共12章。第1章讨论了世界深空探测的最新进展，分析了深空探测轨
迹设计的特点和复杂性，以及深空探测轨迹设计的重要性。第2章阐述了国外深空轨迹设
计平台的现状。第3章介绍了深空探测全域轨迹设计系统的设计思想、总体构架、系统组
成、应用流程，及其在深空探测数字工程生态体系中的位置和作用。第4章介绍了基于序
列化图谱的深空探测任务定义方法。第5章至第8章分别介绍了月球、行星、小天体和太
阳系星座的轨迹设计与优化方法。第9章、第10章对深空探测全域轨迹约束和可视化设
计进行阐述。第11章为月球与行星探测任务中的典型应用案例。第12章为结语。
本书主要面向深空探测工程总体和各系统的技术人员，以及轨迹设计领域的科研人员
和学生，同时也可供广大宇宙探索爱好者参考借鉴。
感谢每一位并肩作战的队友，是他们把“不可能”变成“已完成”，感谢家人、朋友的理解与帮助，更感谢每一位仰望星空的读者。
特别感谢航天科技图书出版基金对本书出版给予的资金资助和大力支持。
我们必将抵达更远的深空，也愿这本书照亮你前进的路。
作者
2025年秋
于探月与航天工程中心
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