起源和發展
經典天體力學研究自然界天體的軌道運動和繞質心運動。19世紀末，研究太陽系中大行星運動和月球運動的理論都已完善，總結出軌道攝動理論。航天器軌道運動理論是在這些理論基礎上發展起來的。迄今，人造天體的軌道運動理論仍是天體力學的研究課題。
随着火箭技術的發展，從20世紀50年代起，人造地球衛星、月球探測器、空間探測器相繼發射成功，軌道運動理論的研究發展成為與工程實踐密切聯系的應用學科，研究内容也超出了天體力學的傳統範圍。航天器姿态運動理論也起源于天體力學。18世紀，人們通過對地球自轉的研究得到歲差和章動理論。20世紀，人們利用這些理論研究了早期航天器（結構簡單的剛體）的姿态運動。到了70年代末，以剛體為主體的航天器的姿态運動問題已經基本解決。
随着航天器任務多樣化，出現了多種姿态控制方式。由于衛星結構形式的複雜化，力學模型也從剛體模型發展成多種模型，與航天器設計的關系更加密切。姿态運動研究既是一個理論問題，又是一個工程應用問題。火箭運動是受經典力學規律支配的變質量體系的運動。20世紀初，蘇聯的К.Э.齊奧爾科夫斯基、美國的R.H.戈達德等相繼開展了變質量系統的運動理論研究。40年代以來，研制導彈和人造地球衛星的需要，使火箭從早期的無控制飛行發展到高精度控制飛行，促進了火箭力學的研究。
軌道運動
航天器的質心運動研究，以牛頓力學為基礎從航天器受到的作用力着手确定航天器的運動。它可歸納為航天器軌道理論及其應用研究兩個方面。
軌道理論
它以天體力學中的軌道攝動理論（見航天器軌道攝動）為基礎，用于在已知航天器所受的力的情況下确定航天器軌道運動的問題。軌道理論是軌道設計、軌道測定的基礎。軌道攝動理論中将航天器實際運動的軌道分成兩個部分。其中一部分是已經完全解出的簡化理論軌道。它與精确理論軌道十分接近。簡化理論軌道一般取符合二體問題運動規律的開普勒軌道。
另一部分是精确理論軌道與簡化理論軌道的差，稱為軌道攝動。軌道攝動是一個小量，隻要解算出軌道攝動，就能精确求出航天器的軌道運動。與天體力學中的情況相似，求解軌道攝動的方法也有兩類：一類是數值計算法，天體力學稱為特别攝動法；另一類是分析方法，解出近似解析解，天體力學稱為普遍攝動法。
研究軌道攝動的另一個目的是通過與實測軌道的對比，研究分析軌道攝動的起因，為天體引力場、天體形狀、天體周圍氣體層等研究提供信息。除了軌道攝動法外，直接用航天器的運動方程進行數值積分，也可得到精确的數值結果。降落軌道段軌道研究的重點是航天器在大氣層内的高速運動。在制動推力和空氣動力作用下，航天器的初始方位、速度方向、重量、外形和姿态運動規律決定了它的降落方式。它可能以彈道、滑翔或跳躍等方式降落在天體表面。
應用研究
航天器與自然天體的一個區别是軌道可以人為地選擇，在運動過程中又可以施加控制力以改變原來的軌道。按照航天器擔負的使命選擇最有利的運行軌道是軌道設計的主要工作。火箭運載能力和控制精度的提高，擴大了軌道選擇的範圍。由于人們掌握了軌道運動規律，業已設計出實用的地球靜止衛星軌道、回歸軌道、太陽同步軌道、極軌道、暈軌道等。在這些軌道上運行的有通信衛星、廣播衛星、地球資源衛星、偵察衛星、氣象衛星等。在月球探測和行星探測活動中，多以接近目标天體為目的。
實現這個目的的軌道數量很多，軌道設計的任務是從中選擇出一條最佳軌道。這條軌道應能達到最小動力消耗或最短飛行時間、最簡單控制方法、最便于地面觀察等要求。選出的軌道在實現過程中總會出現誤差，軌道設計的另一任務是設法将誤差控制在不影響完成飛行使命的範圍内。對于有機動能力的航天器，軌道設計還與航天器的動力系統和控制系統有關。因此，軌道設計是軌道理論在工程上的應用。
軌道确定是利用觀測數據确定航天器軌道的過程。工作内容包括初軌确定和軌道改進。确定出的軌道為軌道控制、軌道修正、目标定位、觀測預報和其他學科的研究提供基本參數。軌道确定的方法來源于天體力學。早期天體力學中，軌道确定的對象是自然天體，已形成了完整的确定方法。這些方法原則上都适用于航天器的軌道确定。
但是，與自然天體相比，航天器運動角速度大，與地球站保持有無線電聯系，測量手段多，數據種類全、數量大。另外航天器的軌道确定要求精度高，實時性往往很強，因而逐步形成了一些有特點的方法。軌道确定的基本理論包括軌道攝動理論、軌道誤差估算理論和高維數線性方程組的計算方法等。
北大實驗室
北京大學航空航天動力學與控制實驗室擁有一支結構合理、知識全面、敬業奉獻的研究團隊，現有中國科學院院士1名，長江講座教授1名，教授（研究員）6名，副教授2名，博士生導師7名。
實驗室先後承擔主持國家八五重大基金項目、863課題、國家自然科學基金項目、博士後基金項目等研究任務多項。實驗室與中國航天科技集團公司、中國空間技術研究院、北京控制工程研究所、中國科學院、北京航空航天大學、上海交通大學、香港城市大學、澳大利亞Monash大學、瑞典隆德工學院等海内外研究機構和大學保持良好的合作關系。
實驗室擁有力學系統與控制博士學位授權點和力學系統與控制專業碩士點，研究方向涉及非線性系統與控制、複雜力學系統控制、航天器動力學控制、飛行器導航與控制、飛行器控制系統仿真、沖擊動力學、機器人控制、智能控制、多智能群體動力學與控制等近20個研究方向，面向全國招收博士生和碩士生。同時，實驗室還招聘航空航天動力學與控制方向博士後。
實驗室目前主要實驗設備有機電控制一體化系統和三自由度直升機系統，建立了飛行仿真實驗平台。
著名科學家
航天動力學1945年，抗戰勝利，黃文虎考上了浙江大學電機系；1949年解放戰争勝利，他大學畢業。其間，黃文虎參加了學生“三反”（反饑餓、反内戰、反迫害）運動。1949年5月，杭州解放時，黃文虎被指派參加解放軍，參與杭州市軍管會接管杭州市電信局的工作。工作結束後，黃文虎被分配到了原天津中央電工二廠工作。1950年，黃文虎又來到哈爾濱工業大學，進入研究生班學習。1953年，黃文虎畢業後留校任教。此時，由于工作需要，他接到了一項艱巨的任務：轉行，向前蘇聯專家學習理論力學，專攻動力學和振動。
此後，黃文虎長期從事航天動力學與振動工程領域的研究工作，以及飛行器結構強度與動力學的教學工作，取得了驕人的成績：在振動工程、動力學與控制及故障診斷等方面，解決了國内多項較重大工程項目中的關鍵科技問題；在複雜結構的振動分析和振動設計方面，提出了汽輪機整圈連接長葉片組振動設計的新方法和葉片組調頻的“三重點”理論，解決了我國自行設計大容量汽輪機中的一個技術關鍵；針對高速旋轉機械以及空間飛行器等設備的故障診斷，提出了一系列新概念和新方法……1995年，黃文虎當選為中國工程院院士。
黃文虎是永康舟山村人，2002年75歲。父親曾在上海郵局工作，黃文虎不到10歲就到金華中學附小讀書。不久，日本侵略中國。日軍的飛機對金華進行了瘋狂的轟炸，第一次轟炸在金華火車站附近一帶扔下了6枚炸彈。黃文虎親眼目睹了炸彈炸出的6個大彈坑。由于戰亂，黃文虎不得不逃難回到了永康老家。
後來，黃文虎考入了分散在金華嶺下朱附近的方山嶺、蒲塘等5個地方辦學的金華中學。當時，點的是昏暗的桐油燈，住的是祠堂廟宇。黃文虎記得，他的床在上鋪，晚上睡覺時，頭剛好緊挨着一排排令人恐怖的神主牌位。盡管如此，黃文虎對這段時光仍充滿了無限的留戀。采訪時，黃文虎情不自禁地哼出了60多年前金華中學音樂老師自己譜曲并填詞的一首抗日歌曲：風……海風……浪……海浪……
黃文虎曾任哈爾濱工業大學校長、研究生院院長等職，現任哈爾濱工業大學航天學院教授、全國重點學科“一般力學與力學基礎”學科學術帶點人。黃文虎在金華職業技術學院的創辦過程中起了重要的作用，至今還是金華職業技術學院的名譽院長。
