一、何谓轨道动力学？

航天器轨道动力学是航天领域的一门基础学科，是天体力学在航天领域的具体应用，主要研究在万有引力及其它外力作用下航天器的运动特性及控制规律。这门学科涉及大量数学和经典力学方面的内容，但一般不涉及相对论和量子力学，因此就其抽象程度而言并不特别难懂。然而这并不意味着航天器轨道动力学是容易学习的，尤其是它里面包含了很多与我们直觉相悖的内容。

举个最简单的例子。假如在围绕地球的同一条圆形轨道上有两颗航天器在同向飞行，我们打算让处于后面的一颗航天器超越前面的一颗航天器该怎么办呢？初学者或外行很容易给出这样的答案：给后面的航天器施加向前的作用力，这样就可以“加速”超过前面的航天器了。然而，正确的答案是，给后面的航天器施加向后的作用力进行制动！这是为什么呢？因为在万有引力的作用下，航天器的飞行是一种圆周运动，其轨道角速度与轨道高度成反比。当我们给航天器制动后，它的轨道会降低、轨道角速度会增大，从而超过前面的航天器。当然，超过前面的航天器后我们还需再正向施加一次推力使得其轨道重新抬升至原来的轨道。从这个例子可见，航天器轨道动力学充满了很多思辨意味十足的知识，非常适合喜欢智力挑战的朋友！

图1  静态之美：轨道形状

航天器轨道动力学现如今已经成长为一门具有很强实用性的工程学科，但在其起源的早期则是和人类认识自然尤其是宇宙这样的宏大主题相关的。航天器轨道动力学的基本原理最早在牛顿的《自然哲学之数学原理》一书（1687）中就已现端倪，那时是以自然天体在万有引力场中的运动规律为研究对象的，称为天体力学。正是在那本书里，牛顿第一次用万有引力和微积分正确解释了天体运动的开普勒定律，而其主要结论便奠定了后来天体力学及航天器轨道动力学的基础。但对中国人来说，航天器轨道动力学是个舶来品，它的名称不是我们汉语言中本来有的。由于翻译的缘故，其含义是否会有一些变动是一个值得讨论的问题。

以“轨道动力学”这个学科名称为例，汉语中就还有“轨道力学”等含义相近的词。同时，英文中也有orbital mechanics和astrodynamics等相关的翻译。因此，研究轨道的学问到底是“轨道动力学”还是“轨道力学”，就颇使人困惑。“力学”和“动力学”的一字之差到底有没有具体内容上的差异，是很多初学轨道的人想要明白的一个道理。通过查阅相关文献，并仔细考察这些科学术语的历史继承关系，本文试图为读者还原相关概念的本来面目，澄清轨道动力学之“动”在何处。

二、力学与动力学之争

在中文语境下，“轨道力学”和“轨道动力学”这两个名词的使用率都很高。例如，国防科技大学张洪波编著的《航天器轨道力学理论与方法》以及哈尔滨工业大学赵钧编著的《航天器轨道动力学》。但仔细阅读两本教材则发现两者差异不多，内容均涉及轨道设计、轨道确定、轨道控制、轨道拦截、交会对接、编队飞行和再入返回等技术问题。不过，按照张洪波书中的一段评注来看，似乎轨道力学的内涵要更宽一些：“轨道力学的研究内容可分为轨道动力学和轨道控制两部分。前者研究航天器在外力作用下的质点运动规律，后者则研究如何确定作用在航天器上的外力变化规律，使之能够按照需要改变运动轨迹。”

那么国外的教科书又是如何表述的呢？下表给出了自1971年以来的若干本比较著名的航天器轨道动力学英文书籍的书名。由表中数据可知，除了1996年Wiesel采用了空间飞行动力学（Spaceflight dynamics）外，其余要么采用Orbital mechanics，要么采用Astrodynamics。这就是说，orbital mechanics与astrodynamics很可能就表述了“轨道力学”与“轨道动力学”的差异。