起源和发展
经典天体力学研究自然界天体的轨道运动和绕质心运动。19世纪末，研究太阳系中大行星运动和月球运动的理论都已完善，总结出轨道摄动理论。航天器轨道运动理论是在这些理论基础上发展起来的。迄今，人造天体的轨道运动理论仍是天体力学的研究课题。
随着火箭技术的发展，从20世纪50年代起，人造地球卫星、月球探测器、空间探测器相继发射成功，轨道运动理论的研究发展成为与工程实践密切联系的应用学科，研究内容也超出了天体力学的传统范围。航天器姿态运动理论也起源于天体力学。18世纪，人们通过对地球自转的研究得到岁差和章动理论。20世纪，人们利用这些理论研究了早期航天器（结构简单的刚体）的姿态运动。到了70年代末，以刚体为主体的航天器的姿态运动问题已经基本解决。
随着航天器任务多样化，出现了多种姿态控制方式。由于卫星结构形式的复杂化，力学模型也从刚体模型发展成多种模型，与航天器设计的关系更加密切。姿态运动研究既是一个理论问题，又是一个工程应用问题。火箭运动是受经典力学规律支配的变质量体系的运动。20世纪初，苏联的К.Э.齐奥尔科夫斯基、美国的R.H.戈达德等相继开展了变质量系统的运动理论研究。40年代以来，研制导弹和人造地球卫星的需要，使火箭从早期的无控制飞行发展到高精度控制飞行，促进了火箭力学的研究。
轨道运动
航天器的质心运动研究，以牛顿力学为基础从航天器受到的作用力着手确定航天器的运动。它可归纳为航天器轨道理论及其应用研究两个方面。
轨道理论
它以天体力学中的轨道摄动理论（见航天器轨道摄动）为基础，用于在已知航天器所受的力的情况下确定航天器轨道运动的问题。轨道理论是轨道设计、轨道测定的基础。轨道摄动理论中将航天器实际运动的轨道分成两个部分。其中一部分是已经完全解出的简化理论轨道。它与精确理论轨道十分接近。简化理论轨道一般取符合二体问题运动规律的开普勒轨道。
另一部分是精确理论轨道与简化理论轨道的差，称为轨道摄动。轨道摄动是一个小量，只要解算出轨道摄动，就能精确求出航天器的轨道运动。与天体力学中的情况相似，求解轨道摄动的方法也有两类：一类是数值计算法，天体力学称为特别摄动法；另一类是分析方法，解出近似解析解，天体力学称为普遍摄动法。
研究轨道摄动的另一个目的是通过与实测轨道的对比，研究分析轨道摄动的起因，为天体引力场、天体形状、天体周围气体层等研究提供信息。除了轨道摄动法外，直接用航天器的运动方程进行数值积分，也可得到精确的数值结果。降落轨道段轨道研究的重点是航天器在大气层内的高速运动。在制动推力和空气动力作用下，航天器的初始方位、速度方向、重量、外形和姿态运动规律决定了它的降落方式。它可能以弹道、滑翔或跳跃等方式降落在天体表面。
应用研究
航天器与自然天体的一个区别是轨道可以人为地选择，在运动过程中又可以施加控制力以改变原来的轨道。按照航天器担负的使命选择最有利的运行轨道是轨道设计的主要工作。火箭运载能力和控制精度的提高，扩大了轨道选择的范围。由于人们掌握了轨道运动规律，业已设计出实用的地球静止卫星轨道、回归轨道、太阳同步轨道、极轨道、晕轨道等。在这些轨道上运行的有通信卫星、广播卫星、地球资源卫星、侦察卫星、气象卫星等。在月球探测和行星探测活动中，多以接近目标天体为目的。
实现这个目的的轨道数量很多，轨道设计的任务是从中选择出一条最佳轨道。这条轨道应能达到最小动力消耗或最短飞行时间、最简单控制方法、最便于地面观察等要求。选出的轨道在实现过程中总会出现误差，轨道设计的另一任务是设法将误差控制在不影响完成飞行使命的范围内。对于有机动能力的航天器，轨道设计还与航天器的动力系统和控制系统有关。因此，轨道设计是轨道理论在工程上的应用。
轨道确定是利用观测数据确定航天器轨道的过程。工作内容包括初轨确定和轨道改进。确定出的轨道为轨道控制、轨道修正、目标定位、观测预报和其他学科的研究提供基本参数。轨道确定的方法来源于天体力学。早期天体力学中，轨道确定的对象是自然天体，已形成了完整的确定方法。这些方法原则上都适用于航天器的轨道确定。
但是，与自然天体相比，航天器运动角速度大，与地球站保持有无线电联系，测量手段多，数据种类全、数量大。另外航天器的轨道确定要求精度高，实时性往往很强，因而逐步形成了一些有特点的方法。轨道确定的基本理论包括轨道摄动理论、轨道误差估算理论和高维数线性方程组的计算方法等。
北大实验室
北京大学航空航天动力学与控制实验室拥有一支结构合理、知识全面、敬业奉献的研究团队，现有中国科学院院士1名，长江讲座教授1名，教授（研究员）6名，副教授2名，博士生导师7名。
实验室先后承担主持国家八五重大基金项目、863课题、国家自然科学基金项目、博士后基金项目等研究任务多项。实验室与中国航天科技集团公司、中国空间技术研究院、北京控制工程研究所、中国科学院、北京航空航天大学、上海交通大学、香港城市大学、澳大利亚Monash大学、瑞典隆德工学院等海内外研究机构和大学保持良好的合作关系。
实验室拥有力学系统与控制博士学位授权点和力学系统与控制专业硕士点，研究方向涉及非线性系统与控制、复杂力学系统控制、航天器动力学控制、飞行器导航与控制、飞行器控制系统仿真、冲击动力学、机器人控制、智能控制、多智能群体动力学与控制等近20个研究方向，面向全国招收博士生和硕士生。同时，实验室还招聘航空航天动力学与控制方向博士后。
实验室目前主要实验设备有机电控制一体化系统和三自由度直升机系统，建立了飞行仿真实验平台。
著名科学家
航天动力学1945年，抗战胜利，黄文虎考上了浙江大学电机系；1949年解放战争胜利，他大学毕业。其间，黄文虎参加了学生“三反”（反饥饿、反内战、反迫害）运动。1949年5月，杭州解放时，黄文虎被指派参加解放军，参与杭州市军管会接管杭州市电信局的工作。工作结束后，黄文虎被分配到了原天津中央电工二厂工作。1950年，黄文虎又来到哈尔滨工业大学，进入研究生班学习。1953年，黄文虎毕业后留校任教。此时，由于工作需要，他接到了一项艰巨的任务：转行，向前苏联专家学习理论力学，专攻动力学和振动。
此后，黄文虎长期从事航天动力学与振动工程领域的研究工作，以及飞行器结构强度与动力学的教学工作，取得了骄人的成绩：在振动工程、动力学与控制及故障诊断等方面，解决了国内多项较重大工程项目中的关键科技问题；在复杂结构的振动分析和振动设计方面，提出了汽轮机整圈连接长叶片组振动设计的新方法和叶片组调频的“三重点”理论，解决了我国自行设计大容量汽轮机中的一个技术关键；针对高速旋转机械以及空间飞行器等设备的故障诊断，提出了一系列新概念和新方法……1995年，黄文虎当选为中国工程院院士。
黄文虎是永康舟山村人，2002年75岁。父亲曾在上海邮局工作，黄文虎不到10岁就到金华中学附小读书。不久，日本侵略中国。日军的飞机对金华进行了疯狂的轰炸，第一次轰炸在金华火车站附近一带扔下了6枚炸弹。黄文虎亲眼目睹了炸弹炸出的6个大弹坑。由于战乱，黄文虎不得不逃难回到了永康老家。
后来，黄文虎考入了分散在金华岭下朱附近的方山岭、蒲塘等5个地方办学的金华中学。当时，点的是昏暗的桐油灯，住的是祠堂庙宇。黄文虎记得，他的床在上铺，晚上睡觉时，头刚好紧挨着一排排令人恐怖的神主牌位。尽管如此，黄文虎对这段时光仍充满了无限的留恋。采访时，黄文虎情不自禁地哼出了60多年前金华中学音乐老师自己谱曲并填词的一首抗日歌曲：风……海风……浪……海浪……
黄文虎曾任哈尔滨工业大学校长、研究生院院长等职，现任哈尔滨工业大学航天学院教授、全国重点学科“一般力学与力学基础”学科学术带点人。黄文虎在金华职业技术学院的创办过程中起了重要的作用，至今还是金华职业技术学院的名誉院长。
