Physics of Plasma Propulsion pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Choueiri, Edgar 编

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2011-4

价格:$ 192.04

装帧:HRD

isbn号码:9780824754754

丛书系列:

图书标签:

• Plasma Propulsion
• Plasma Physics
• Space Propulsion
• Fusion Propulsion
• Ion Propulsion
• Hall Effect Thrusters
• Magnetoplasmadynamic Thrusters
• Astrophysics
• Spacecraft Propulsion
• Applied Physics

《等离子体推进物理学》图书简介：聚焦前沿驱动技术 引言：探索宇宙深空的动力之源 随着人类对太空探索的雄心日益增长，对高效、持久推进系统的需求也达到了前所未有的高度。传统的化学火箭已无法完全满足深空任务对高比冲和长时间运行的苛刻要求。在这一背景下，基于等离子体物理原理的电推进技术，尤其是等离子体推进系统，正成为航天领域研究的焦点。本书《等离子体推进物理学》旨在为读者提供一个全面、深入的框架，解析支撑这些先进驱动系统的核心科学与工程原理。 第一部分：基础理论与等离子体动力学 本书的开篇部分将扎实地建立读者对等离子体物理学的理解，这是理解等离子体推进系统的基石。我们将从等离子体的基本定义、输运性质及其在电磁场中的行为入手。 等离子体的基本特性与建模： 我们将详细探讨等离子体的宏观描述（如流体力学模型）与微观描述（如玻尔兹曼方程和Vlasov方程）的差异与联系。特别关注如何描述包含多种粒子（电子、离子、中性粒子）的复杂多组分等离子体系统。章节中将涵盖等离子体的热力学平衡与非平衡态的特性，以及如何利用等离子体参数（如德拜长度、等离子体频率）来区分和表征不同类型的等离子体。 电磁场中的等离子体动力学： 等离子体推进器的核心在于利用电磁场对等离子体进行加速。因此，本书深入分析了磁流体力学（MHD）理论在描述宏观等离子体流动中的应用。我们不会回避MHD方程组的复杂性，而是侧重于如何通过简化模型（如单流体模型、双流体模型）来捕捉关键物理现象，例如磁场对粒子运动的约束效应（磁镜效应、磁约束）。此外，对霍尔效应和等离子体内部电场的产生与演变也将进行详尽的论述。 粒子运动与输运： 深入探讨带电粒子在复杂电磁场中的轨道理论，包括回旋运动、漂移运动等。对于推进应用至关重要的输运过程——如碰撞、扩散、热传导——我们将从统计力学角度进行推导和分析，为理解等离子体在推进器内部的损耗和效率提供理论基础。 第二部分：等离子体推进器的核心概念与技术 在构建了坚实的理论基础后，本书将进入等离子体推进系统的具体应用层面，详细剖析当前主流和新兴的等离子体推进概念。 电场加速原理： 等离子体推进器本质上是通过电场或电磁场将等离子体中的离子加速至极高速度，从而产生反作用力。我们将聚焦于离子源如何产生高密度的、均匀的等离子体，以及加速电场结构的设计原则。详细讨论了等离子体鞘层（Sheath）的物理特性，这是决定离子提取效率和束流质量的关键界面。 霍尔推进器（Hall Thrusters）： 霍尔推进器是目前应用最广泛的电推进技术之一。本书将着重分析其工作机理，特别是电子的霍尔漂移运动如何实现对离子与磁场之间的电场耦合，从而在不使用物理栅格的情况下，高效地对离子进行加速。我们将讨论磁场构型、离子束发散性、以及针对不同工况（如高功率密度、高比冲）的优化策略。 栅格离子推进器（Gridded Ion Thrusters）： 作为高比冲的代表，栅格离子推进器的工作原理基于离子在静电加速栅格间隙中的加速。本书将详尽分析栅格材料选择、栅格损伤的物理机制（溅射与离子轰击）、以及如何设计多栅结构以维持高电位差而不发生电弧放电。对束流的电荷中性和束流稳定性的控制也将被纳入讨论。 磁约束推进器（MPD, VASIMR等）： 对于更高功率和更宽广的推力范围需求，磁约束推进器提供了新的思路。本书将介绍磁等离子体动力学推进器（MPD）的工作原理，侧重于自身磁场或外部磁场如何影响等离子体密度和电流路径。对于可变比冲磁等离子体火箭（VASIMR）等先进概念，我们将分析其通过射频波加热等离子体和利用磁流体力学加速来调节推力与比冲范围的能力。 第三部分：等离子体推进器的工程挑战与未来展望 先进的推进系统不仅依赖于优异的物理性能，更需要解决严峻的工程可靠性问题。本部分探讨了实现实用化所必须克服的障碍。 等离子体与材料相互作用： 推进器内部的等离子体环境极端恶劣。我们将详细分析高能离子和中性粒子对推进器内壁、散热器和加速栅格的物理和化学侵蚀效应。这包括离子溅射的角依赖性、气相沉积对系统性能的影响，以及高温等离子体对结构材料的热负荷管理。 电弧管理与放电稳定性： 推进器内部的不稳定放电和内部短路（Arcing）是限制其寿命和功率密度的主要因素。我们将探讨等离子体不稳定性（如注流不稳定性、漂移波）的物理根源，并介绍通过优化磁场拓扑、改善阴极发射或采用先进的反馈控制系统来抑制这些有害现象的技术。 电源与热管理： 高功率电推进系统对机载电源系统提出了极高的要求。本书将涉及高压大电流电源的拓扑结构、电磁兼容性（EMC）设计，以及如何在有限的航天器空间内高效地管理推进器产生的废热，维持关键部件的运行温度。 结论与展望： 最后，本书将总结当前等离子体推进技术的发展现状，并展望未来研究方向，包括：更高效率的电离技术（如微波推进）、先进的磁场拓扑设计（如磁喷嘴）、以及面向载人深空任务的兆瓦级推进系统集成挑战。 本书特色： 本书的撰写力求在理论的严谨性与工程实践的贴近性之间取得平衡。通过大量的图表、简化模型的推导和对经典实验数据的分析，读者不仅能掌握等离子体推进背后的基本物理定律，更能理解如何将这些定律转化为可运行、可优化的工程系统。它将成为从事空间科学、等离子体物理、航空航天工程的高年级本科生、研究生以及专业工程师案头必备的参考书。

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