可重复使用运载器研究进展

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出版者:国防科技大学出版社
作者:王振国
出品人:
页数:322 页
译者:
出版时间:2004年12月
价格:28.00元
装帧:精装
isbn号码:9787810991483
丛书系列:
图书标签:
  • 空天一体
  • 可重复使用运载器
  • 航天技术
  • 空间运输
  • 火箭技术
  • 飞行器
  • 工程技术
  • 航空航天
  • 推进系统
  • 未来技术
  • 航天发展
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具体描述

本书共分十章,第一章从全局上介绍了可重复使用运载器国外研究概况。第二章到第八章分别系统地介绍了美国、日本、欧空局、俄罗斯、法国、英国、德国的可重复使用运载器研究进展。第九章专门分析了商业公司开展可重复使用运载器研究的情况。第十章对本书研究内容进行了总结,并对我国开展可重复使用运载器研究提出了建议。

航天器动力学与控制:原理、挑战与前沿技术 图书简介 本书深入探讨了现代航天器动力学与控制领域的理论基础、关键技术以及面临的挑战。全书内容涵盖了从经典轨道力学到先进姿态控制算法的广泛主题,旨在为航空航天工程师、研究人员以及高年级学生提供一个全面且深入的学习资源。我们力求在保持理论严谨性的同时,紧密结合工程实践,展现该领域的前沿发展方向。 第一部分:轨道动力学基础 本部分首先构建了分析航天器运动轨迹的数学框架。我们从牛顿万有引力定律出发,详细阐述了二体问题在理想情况下的解析解,包括开普勒定律的推导与应用。随后,引入了高精度轨道计算的核心——摄动理论。重点分析了地球非球形引力(如J2效应)、大气阻力、太阳辐射压力以及月球和太阳摄动对近地轨道(LEO)和地球同步轨道(GEO)卫星的影响。书中详细介绍了如何利用拉格朗日行星方程或变分方程来精确预测和修正轨道。 接着,内容转向了轨道机动与传递。我们深入探讨了霍曼转移、行星际转移轨道的设计原则,以及如何利用最优控制理论来设计高效的轨道机动策略,例如使用低推力发动机(如离子推进器)进行的长时间、小推力轨道调整。对于复杂的编队飞行任务,本书还涵盖了相对动力学方程的建立,以及如何利用卡尔曼滤波等方法对相对状态进行估计,为编队构形保持提供动力学基础。 第二部分:航天器姿态动力学与建模 姿态动力学是理解和控制航天器空间朝向的关键。本部分详尽阐述了描述航天器姿态的各种数学工具,包括欧拉角、旋转矩阵、四元数及其相互转换。特别地,书中强调了四元数在避免万向锁问题上的优势,并详细推导了它们在角速度和角动量之间的关系。 在动力学建模方面,本书构建了描述刚体航天器绕质心运动的欧拉方程。我们详细分析了惯性矩阵的计算方法,并讨论了非对称惯量对姿态动力学的影响。对于具有复杂内部结构或可动部件(如伸展桁架、转子陀螺仪)的航天器,本书提供了基于能量守恒和动量矩守恒的完整动力学建模方法,并探讨了这些内部运动对整体姿态的影响,如动量管理的需求。 第三部分:姿态确定(星敏感器与导航) 准确确定航天器在空间中的姿态是实施精确控制的前提。本部分专注于姿态确定的核心技术。首先,系统性地介绍了传感器原理与数据处理,包括磁力计、太阳敏感器、地球敏感器和星敏感器的工作原理。对于星敏感器,我们详细讲解了如何利用星图匹配算法进行星体识别,以及如何通过最小二乘法或迭代方法解算姿态。 随后,本书将重点放在了估计理论的应用上。卡尔曼滤波(KF)及其扩展形式——扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)被详细应用于姿态和速率的融合估计。我们提供了在噪声模型假设下,如何设计和实现高鲁棒性的导航滤波器,以融合来自不同传感器(如陀螺仪积分、磁力计测量)的数据,从而获得高精度的实时姿态信息。 第四部分:姿态控制系统设计 本部分是全书的核心,聚焦于如何设计有效的控制器来实现期望的姿态指向和稳定。 1. 经典控制方法回顾: 首先回顾了基于线性化的PID控制器的设计原则,并分析了其在航天器系统中的局限性,特别是对于非线性和大范围姿态机动的处理能力不足。 2. 现代与鲁棒控制: 重点介绍了李雅普诺夫稳定性理论在姿态控制设计中的应用,推导了基于能量函数的非线性控制律,确保了系统的全局稳定性。随后,深入讲解了滑模控制(SMC),展示了其对外部扰动和模型不确定性的强大鲁棒性,并讨论了如何设计合适的切换函数以减小抖振现象。 3. 最优控制与先进技术: 讨论了线性二次调节器(LQR)在姿态阻尼和精确跟踪任务中的应用,并探讨了模型预测控制(MPC)在处理约束条件(如执行器饱和)下的姿态规划能力。此外,对于复杂的深空探测任务,书中还引入了智能控制的概念,如基于神经网络的自适应控制方法,以应对未知或时变的系统参数。 第五部分:执行器与动量管理 航天器姿态控制需要依赖特定的执行机构。本部分详细分析了常用执行器的特性、优缺点和适用场景。 1. 力矩执行器: 深入分析了反应轮(Reaction Wheels)和控制力矩陀螺(CMG)的工作原理、饱和特性和寿命限制。书中给出了如何根据任务需求(如转速、输出力矩)来选择和配置反应轮阵列的工程准则。 2. 低推力执行器: 讨论了磁力矩器(Torquers)在LEO卫星中的应用,以及它们与地球磁场相互作用的机制。 3. 动量卸载策略: 鉴于反应轮和CMG的角动量积累是有限的,动量卸载至关重要。本书详细分析了基于太阳能电池板阵列、推进器或磁力矩器进行的动量卸载控制算法的设计,并探讨了最优卸载策略如何最小化对任务执行的影响。 第六部分:未来趋势与前沿应用 最后一部分展望了航天器动力学与控制领域的前沿研究方向。内容包括: 自主与智能导航控制: 探讨了在深空、行星际环境中,如何利用机载AI进行自主决策和故障恢复的控制架构。 相对动力学与编队飞行: 详细阐述了分布式控制算法在维持多航天器集群高精度相对构形中的作用,包括目标函数的设计和通信约束下的控制实现。 柔性体动力学耦合控制: 针对大型在轨服务平台和空间站的柔性结构,分析了如何建立精确的柔性-刚体耦合模型,并设计抑制结构振动的控制器。 微小卫星(CubeSat)的低成本解决方案: 讨论了针对资源受限的小型航天器,如何利用MEMS陀螺仪、微型推进器等低成本硬件实现有效的姿态控制。 本书配有大量的数学推导和实际案例分析,旨在帮助读者建立扎实的理论基础,并掌握解决实际航天工程问题的能力。

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读后感

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用户评价

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《可重复使用运载器研究进展》这本书,如同一个无声的导师,引领着我不断探索未知。《可重复使用运载器研究进展》在“成本效益分析与经济学考量”这一章,为我揭示了航天科技背后隐藏的经济规律。我一直以为,太空探索是一项纯粹的科学事业,但这本书让我看到,其背后同样有着复杂的经济学考量。书中详细分析了可重复使用运载器相比于一次性运载器的成本优势,包括降低发射成本、提高发射频率、减少资源浪费等方面。它还深入探讨了如何通过优化设计、简化制造流程、延长使用寿命等方式,进一步降低运载器的全生命周期成本。我被书中对于“投资回报周期”和“市场竞争分析”的详尽描述所吸引。它让我明白了,航天技术的发展,同样需要符合经济效益的原则。书中还列举了不同商业航天公司的案例,分析了它们在成本控制和市场拓展方面的策略。我尤其对书中提到的“规模效应”和“技术溢出”概念印象深刻。它让我看到了,先进技术的推广和应用,不仅能够带来经济效益,还能够带动相关产业的发展。这本书让我看到了,科技的进步与经济的发展是相互促进、相辅相成的。

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合上《可重复使用运载器研究进展》,我内心涌动着一种对人类智慧的赞叹,这本书不仅仅是一份技术报告,更像是一部关于梦想与实践的史诗。关于“任务规划与飞行控制”的章节,对我而言,就像打开了一扇通往“大脑”世界的窗户。我曾以为,火箭的飞行轨迹都是预先设定好的,一旦发射就无法改变,但这本书彻底颠覆了我的认知。书中详细介绍了如何根据不同的任务需求,制定最优的飞行路径,以及如何通过实时的飞行数据,对飞行姿态进行动态调整。我被书中对于“轨道力学”和“制导律设计”的严谨分析所吸引。它让我明白了,每一个转弯、每一次变轨,都涉及到复杂的数学计算和精密的控制算法。书中还详细阐述了自主飞行控制系统的作用,包括如何利用传感器数据来感知飞行状态,如何通过计算机来处理信息并做出决策,以及如何通过执行器来控制运载器的运动。我尤其对书中提到的“故障诊断与冗余设计”部分印象深刻。它让我看到了,即使在如此高科技的领域,也充满了对潜在风险的周密考虑。通过引入冗余系统,当某个部件出现故障时,备用系统能够立即接管,从而保证任务的顺利进行。这本书让我看到了,科技的进步不仅体现在追求极致的性能,更体现在对安全的最高保障。

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这本书的阅读过程,是一次关于“可持续发展”理念的深刻体验。《可重复使用运载器研究进展》在“地面支持与发射系统”这一章节,为我打开了一个全新的视角。我一直以为,火箭发射只是一个简单的“点火”动作,但这本书让我看到了,背后有一个庞大而复杂的地面系统在支持着这一切。书中详细介绍了发射场的设计理念,包括发射台、燃料加注系统、电力供应系统、测控通信系统等。它还深入探讨了如何提高发射准备的效率和安全性,例如,书中就提到了“可移动发射平台”的设计,可以缩短发射窗口期,提高发射频率。我被书中对于“脐带塔”和“发射架”的结构设计所吸引。它让我明白了,这些看似巨大的建筑,在设计上充满了科学的严谨和对安全的考量。书中还详细阐述了如何进行精密的火箭总装、测试和检查,以及如何确保燃料加注过程的绝对安全。我尤其对书中提到的“应急处理预案”印象深刻。它让我看到了,即使在最完美的计划下,也需要为各种突发情况做好准备。这本书让我看到了,航天事业的进步,不仅仅是单项技术的突破,更是一个庞大而复杂的系统工程,需要全方位的协作和精密的配合。

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从这本书的字里行间,我感受到了一种对未来无限的憧憬,也看到了实现这种憧憬背后所付出的巨大努力。《可重复使用运载器研究进展》的“结构设计与材料科学”章节,让我充分领略到了工程师们的智慧和创造力。我一直以为,火箭的外壳只是简单地用金属制造,但书中详细介绍了各种先进材料的性能和应用。例如,书中就专门讨论了如何在高强度、轻量化之间取得平衡,以及如何应对极端温度和压力对材料的影响。它深入浅出地介绍了碳纤维复合材料、钛合金、镍基合金等在运载器上的具体应用,并分析了它们的力学性能、耐腐蚀性、耐热性等关键指标。书中还详细阐述了如何通过先进的制造工艺,如3D打印技术,来制造复杂形状的结构件,这极大地提高了材料的利用率并降低了制造成本。我被书中对于“应力分析”和“疲劳寿命预测”的详尽描述所吸引。它让我明白,每一个螺栓、每一块蒙皮,都经过了精密的计算和严格的测试,以确保在无数次的飞行中都能够承受住巨大的载荷。这本书让我看到了,科技的进步不仅仅是理论上的突破,更体现在具体工程实践中的精益求精。

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我怀着敬畏之心阅读《可重复使用运载器研究进展》,每一次翻页,都仿佛是对人类智慧的一次致敬。《可重复使用运载器研究进展》在“未来发展趋势与挑战”这一章,为我描绘了一幅令人激动的未来图景。书中并没有止步于已有的成就,而是大胆地展望了可重复使用运载器未来的发展方向。它深入探讨了如何进一步提高运载器的可重复使用性,例如,如何实现完全自主回收、如何开发更先进的维护技术,以及如何构建更高效的发射和回收基础设施。我被书中对于“跨行星运输”、“太空旅游”以及“地月空间开发”等前沿设想的详细论述所吸引。它让我看到了,可重复使用运载器不仅仅是实现地月往返的工具,更是人类迈向更广阔宇宙的关键。书中还坦诚地指出了未来发展过程中可能面临的挑战,例如,如何应对更复杂的空间环境、如何解决深空通信的难题、以及如何建立更完善的太空法律和伦理规范。我尤其对书中提到的“人工智能在航天领域的应用”和“绿色航天技术”印象深刻。它让我看到了,未来的航天事业,将更加注重智能化、环保化和可持续化。这本书让我看到了,人类的探索永无止境,而科技的进步,将不断为我们打开新的可能。

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一本厚重的书籍静静地躺在书架上,封面上“可重复使用运载器研究进展”几个字,在暖黄色的灯光下泛着沉静的光泽,仿佛承载着无数航天工程师们日夜不懈的梦想与汗水。我并非航天领域的专业人士,只是一个对浩瀚星空充满好奇心的普通读者,但这本书,却以其独特的魅力,将我牢牢吸引。它的内容之丰富,知识之深邃,远超我最初的想象。从第一页开始,我就仿佛踏上了一段穿越时空的旅程,见证了从最初的设想到如今日新月异的发展。书中详细介绍了可重复使用运载器设计的各种技术难题,比如材料科学的突破,如何在高低温、强气流等极端环境下保持结构的完整性;空气动力学的精妙运用,如何通过改变翼型、控制姿态来实现精确的降落;以及发动机技术的革新,如何设计出能够承受多次起降、燃料消耗低廉的高效推进系统。每一章节都像是一扇扇打开的知识之门,让我窥见了航天科技的冰山一角。我尤其被书中关于“着陆腿”的设计理念所吸引,它不仅仅是一个简单的支撑结构,更是决定着运载器能否安全、平稳着陆的关键。书中对不同着陆方式的优劣势进行了深入分析,从传统的液压减震到创新的气动减速,再到未来可能应用的磁悬浮技术,每一种设想都充满了智慧的光芒。阅读的过程,仿佛在与那些默默奉献的科学家们进行一场跨越时空的对话,感受着他们对科学的执着与对未知的探索精神。这本书不仅让我了解了可重复使用运载器的技术细节,更让我深刻体会到了人类探索宇宙的勇气与决心。

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当我翻阅《可重复使用运载器研究进展》时,我首先被其系统性所震撼。它并非孤立地介绍某一项技术,而是将各项技术融会贯通,形成一个完整的体系。书中关于“隔热与防热技术”的部分,无疑是这本书中最令我印象深刻的章节之一。我知道,火箭在重返大气层时会产生巨大的摩擦热,但具体是如何应对的,我此前一直没有一个清晰的概念。书中详细介绍了各种隔热材料的性能特点,比如陶瓷基复合材料、碳-碳复合材料等,以及它们在不同温度、不同受热面的应用。更让我惊奇的是,书中还讨论了主动隔热和被动隔热相结合的策略。被动隔热,就像我们熟悉的航天飞机的隔热瓦,通过材料本身的阻热性能来保护结构。而主动隔热,则涉及到一些更为前沿的设想,比如通过向外喷射冷却剂来降低表面温度,或者利用电磁场来偏转等离子体。我被书中对这些技术的原理、工艺以及实际应用案例的详尽描述所吸引。比如,它就详细分析了某次任务中,某个部位的隔热材料为何出现损坏,以及后续的改进措施,这让我看到科学研究的迭代性和不断优化的过程。这本书让我明白,每一次成功的太空飞行,都是无数细节优化和技术攻关的结晶。

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翻开这本《可重复使用运载器研究进展》,我几乎立刻就被它那宏大的叙事和严谨的逻辑所折服。它不是那种浮于表面的科普读物,而是深入到了一个极其专业且前沿的领域,用一种近乎工匠般细致的笔触,勾勒出可重复使用运载器从构想到实现的完整图景。我特别关注书中关于“回收与修复”这一章节的论述。毕竟,“可重复使用”不仅仅意味着能够安全返回地面,更重要的是如何在每次任务后,对运载器进行高效、经济的维护和升级。书中详细阐述了不同回收策略的成本效益分析,包括对发动机、燃料箱、隔热瓦等关键部件的检查、维修、更换标准,以及如何建立一套完善的回收数据管理系统,为后续的设计优化提供依据。这不仅仅是技术层面的探讨,更蕴含着商业运营的可行性和经济学上的考量。我曾以为,火箭返回地球只是一个简单的“降落”动作,但这本书让我明白,这背后牵涉到无数精密的计算和严谨的流程。例如,对于助推器的回收,书中就详细介绍了气动钝化、姿态控制、减速伞展开的时机与精度要求,甚至是对着陆场地的选择和地面回收团队的协同配合,都有着细致入微的描述。读到这里,我才真正体会到,每一次成功的回收,都是一场复杂而庞大的系统工程的胜利。这本书不仅展现了科技的进步,更体现了人类在追求可持续航天发展道路上的深邃思考和不懈努力。

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我对于《可重复使用运载器研究进展》这本书的阅读体验,与其说是在“读”一本书,不如说是在“经历”一场航天科技的盛宴。书中关于“动力推进系统”的章节,如同揭示了运载器“心脏”的奥秘。我一直对火箭发动机的巨大推力感到好奇,但书中深入浅出的讲解,让我对此有了更深层次的理解。它不仅仅介绍了不同类型发动机的工作原理,比如液体火箭发动机、固体火箭发动机,还详细阐述了它们在可重复使用运载器设计中的考量。例如,对于液体火箭发动机,书中就着重讨论了如何设计耐高温、高压的燃烧室,如何实现精确的燃料和氧化剂混合,以及如何通过推力矢量控制来实现姿态调整。而对于固体火箭发动机,虽然结构相对简单,但书中也探讨了如何通过改变发动机壳体材料和装药结构,来降低成本并提高可靠性。更让我印象深刻的是,书中还提到了可变循环发动机的概念,这种发动机能够根据飞行任务的不同阶段,改变其工作模式,从而实现更高的效率和更低的燃料消耗。我被书中对于这些复杂技术的图解和分析深深吸引,仿佛亲眼见证了发动机的点火、燃烧、推力输出的全过程。这本书让我明白,强大的动力是实现太空探索的基础,而技术的创新,则是推动这个领域不断向前发展的关键。

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这本书就像一个巨大的宝库,里面的每一页都闪烁着智慧的光芒,让我这个普通读者也仿佛置身于航天科技的殿堂。我被书中关于“自主导航与控制系统”的章节深深吸引。想象一下,一个巨大的金属飞行器,在穿越大气层、进入太空、执行任务,然后再安全返回地球,整个过程中都需要高度自主的智能化系统来完成。书中对各种导航传感器,如惯性测量单元(IMU)、全球定位系统(GPS)、星敏感器等的原理和应用进行了详尽的解释。更让我着迷的是,它还深入探讨了如何在信号丢失、环境干扰等极端情况下,确保导航系统的鲁棒性和可靠性。比如,书中提到了一种结合了视觉里程计和激光雷达技术的融合导航方案,通过同时利用摄像头捕捉的图像和激光雷达扫描的地形信息,来精确地估计运载器的位置和姿态。这种多传感器融合的思想,不仅在航天领域,在自动驾驶、机器人等领域也同样至关重要,可见其普适性和重要性。读到这里,我不禁感叹,科技的进步是如此的全面和深入,它不仅仅体现在单项技术的突破,更在于如何将各种技术巧妙地融合,构建出更加智能、更加可靠的系统。这本书不仅仅是关于运载器本身,更是一个关于智能控制和系统集成的精彩案例。

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