Advanced Space Propulsion Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Martin Tajmar

出品人:

页数:137

译者:

出版时间:2003-1-30

价格:USD 49.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783211838624

丛书系列:

图书标签:

航天推进
空间推进
推进系统
火箭技术
等离子体推进
电推进
核推进
未来推进
航天工程
空间飞行

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具体描述

Space propulsion systems have a great influence on our ability to travel to other planets or how cheap a satellite can provide TV programs. This book provides an up-to-date overview of all kinds of propulsion systems ranging from classical rocket technology, nuclear propulsion to electric propulsion systems, and further to micro-, propellantless and even breakthrough propulsion, which is a new program under development at NASA. The author shows the limitations of the present concepts and how they could look like in the future. Starting from historical developments, the reader is taken on a journey showing the amazing technology that has been put on hold for decades to be rediscovered in the near future for questions like how we can even reach other stars within a human lifetime. The author is actively involved in advanced propulsion research and contributes with his own experience to many of the presented topics. The book is written for anyone who is interested in how space travel can be revolutionized.

《星际航行：理论与实践的交汇》内容简介本书并非探讨那些尚未在工程实践中完全成熟的前沿推进技术，例如曲速驱动、虫洞旅行或反物质湮灭推进系统。相反，《星际航行：理论与实践的交汇》聚焦于当前可预见未来内，人类航天事业所必须依赖和精进的成熟或近成熟的化学、电动力学以及核能推进技术，并深入剖析支撑这些系统的基础物理学、材料科学与轨道力学原理。本书的结构清晰地划分为三个主要部分：经典推进系统的再审视、电推进技术的深入解析，以及面向深空任务的系统整合与优化。第一部分：经典推进系统的再审视与优化本部分首先对目前主导航天活动的高能化学火箭进行了详尽的、不偏向任何单一特定项目的回顾与分析。我们不会讨论任何关于突破现有物理学限制的理论，而是专注于如何通过改进燃烧室设计、优化喷管扩张比（特别是针对真空环境的优化）以及新型高能/环保工质的筛选与应用，来挤出每一分钱的效率。核心议题包括： 1. 高比冲组合与推进剂管理：深入分析液氧/液氢（$ ext{LOX/LH}_2$）系统的热力学效率极限，并对比液氧/甲烷（$ ext{LOX/CH}_4$）作为未来着陆器和循环利用任务的优势与挑战，重点在于密度匹配、低温存储的可靠性提升以及甲烷作为原位资源利用（ISRU）前景下的供应链考量。 2. 固体火箭的结构完整性与推力控制：侧重于现代复合材料推进剂的制造工艺，如何通过非线性设计（如星形或双锥形药柱）来精确控制推力曲线，同时探讨安全退役和残留燃料处理的工程规范。 3. 化学推进的可靠性工程：针对长寿命任务（如载人登火任务的返回级），详细阐述了多次点火机制的磨损分析、涡轮泵的空化现象预防及先进诊断技术，确保数年后的启动成功率。第二部分：电推进技术的精细化与成熟应用电推进，凭借其极高的比冲（$I_{sp}$），是实现太阳系内无人探测器长期轨道维持和行星际转移的基石。本部分将摒弃对理论模型的新奇探索，转而聚焦于现有技术（霍尔推进器、离子推力器）的工程瓶颈突破与寿命延长。重点内容涵盖： 1. 霍尔推进器的等离子体与壁面相互作用：对阴极材料（如 $ ext{LaB}_6$ 或新型空心阴极）的电子发射特性进行比较，详述等离子体在通道内的不稳定模式（如三维效应）如何影响推力稳定性，以及如何通过优化磁屏蔽设计来减少阳极和侧壁的溅射腐蚀。 2. 高功率离子推力的热管理：针对兆瓦级离子推进器（如未来深空任务所需），分析栅极材料在长时间高热流下的蠕变和烧蚀问题。探讨先进的散热结构设计，例如利用热管阵列或辐射冷却技术来维持运行温度在允许范围。 3. 氙之外的工质替代：研究氪、氩，乃至碘作为推进剂在微小卫星和轨道保持任务中的可行性。重点在于碘的固态存储优势，以及如何解决碘在高电流密度下对栅极的化学腐蚀问题，包括新型栅极涂层的开发与测试。第三部分：面向深空任务的核能热推进（NTP）与系统集成在现有技术框架内，核热推进（NTP）被视为实现快速载人火星任务的最可行方案。本部分严格限定于固体核心反应堆技术，探讨其工程化所面临的材料科学挑战以及与现有火箭系统的集成问题。详细讨论的工程挑战包括： 1. 反应堆燃料元件的耐高温与中子辐照特性：重点分析 $ ext{UC-ZrC}$ (碳化铀-碳化锆) 或 $ ext{UN}$ (氮化铀) 燃料元件的制备工艺，以及它们在数千开尔文工作温度下，抵抗中子轰击导致的结构脆化和裂纹扩展的机制。 2. 低温工质（液氢）的集成：详细分析反应堆与液氢贮箱之间的热隔离挑战。如何设计一个既能高效导热通过反应堆，又能防止热量回传至低温贮箱的流路系统，包括超绝缘技术和快速启动程序的设计。 3. 辐射屏蔽的质量优化：针对载人任务，讨论如何设计轻量化、高效的辐射屏蔽层（如锂氢化物复合材料），以保护乘员免受中子和伽马射线的伤害，同时严格控制总任务质量（Mass Fraction）。结论：稳健的未来蓝图《星际航行：理论与实践的交汇》旨在为航天工程师、轨道力学专家及材料科学家提供一个务实、技术驱动的参考。它避开了“如果”和“可能”的哲学探讨，而是专注于现有技术框架下，通过工程创新和材料科学的进步，如何实现更远、更快、更可靠的太阳系探索任务。本书提供的所有分析和数据，均基于可验证的实验结果和经过同行评审的工程模型。