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出版者:中国人民大学

作者:宋瑛 编

出品人:

页数:206

译者:

出版时间:2009-8

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787300110486

丛书系列:

图书标签:

• 生物化学
• 生化
• 医学
• 生命科学
• 化学
• 分子生物学
• 生物技术
• 教科书
• 大学教材
• 考研

《宇宙航行学导论》 本书导读：探索星辰间的奥秘与实践 在人类文明的宏伟叙事中，对未知世界的探索从未停歇，而将目光投向浩瀚宇宙，无疑是这一探索历程中最激动人心的篇章。本书《宇宙航行学导论》并非对生命化学反应的细致剖析，亦非聚焦于细胞内部的分子机制，而是致力于为读者构建一个全面、深入且实用的框架，用以理解和掌握星际旅行所需的基本原理、工程技术以及未来展望。 本书的结构设计旨在引导初学者循序渐进地掌握这门尖端学科的核心要义。我们摒弃了对微观生物现象的探讨，转而聚焦于宏观的物理定律在极端太空环境下的应用。 --- 第一部分：航天动力学基础——飞越地心引力的束缚 本部分是整个航天实践的基石。我们详尽阐述了牛顿运动定律在轨道力学中的具体体现。重点关注轨道几何学，包括开普勒定律在确定行星际转移轨道（如霍曼转移轨道）时的精确计算方法。读者将学习如何利用轨道参数（如远地点、近地点、偏心率和倾角）来描述和预测航天器在引力场中的运动轨迹。 我们深入探讨了推进系统原理。这部分内容完全侧重于工程学和物理学，详细解析了化学火箭的性能指标，如特征速度（$C^）和比冲（$I_{sp}$）。书中对液氧/液氢、固态燃料以及先进的核热推进（NTP）和等离子体推进系统（如霍尔推进器）的工作原理、效率比较及其在不同任务阶段的应用进行了详尽的对比分析。对于生物化学反应所依赖的能量转换过程，本书完全不涉足，而是专注于热力学和流体力学如何决定火箭的推力输出。 此外，我们还引入了轨道摄动分析。航天器在太空中并非只受主天体引力影响，地球的非球形度（扁率）、太阳辐射压力以及大气阻力（在低地球轨道）都会引入复杂的微小扰动。本书提供了分析和修正这些摄动的方法，确保航天器的姿态和轨道精度。 --- 第二部分：航天器设计与结构工程——在真空与辐射中生存 航天器是人类智慧的结晶，它必须能够在极端的太空环境中长期稳定运行。本部分聚焦于保障航天器结构完整性和功能性的工程技术。 热控制系统是至关重要的一环。太空环境具有剧烈的温差：阳光直射面温度可达数百摄氏度，而阴影面则接近绝对零度。本书详细阐述了被动热控（如多层隔热材料MLI、表面涂层）和主动热控（如热管、循环冷却系统）的设计原理与实施方案，这些设计完全基于热量传递的三种基本方式——传导、对流和辐射，与生物体内的代谢调温机制毫无关联。 姿态与轨道控制系统（ADCS）的设计是实现精确导航的关键。我们讲解了陀螺仪、星敏感器、太阳敏感器等传感器的工作原理，以及反应轮、磁力矩器和推进器等执行机构如何协同工作，以保持航天器指向的稳定性和精确性。这涉及到复杂的反馈控制理论和数值计算方法。 结构与材料科学：为抵抗发射过程中的巨大载荷和空间环境中的微流星体撞击，航天器结构必须轻量化且坚固。本书详细介绍了复合材料、钛合金等在航天结构中的应用，以及相关的应力分析和疲劳寿命预测模型。 --- 第三部分：空间环境与生命保障——物理挑战而非生化维持 本部分探讨了航天员在太空中将面临的物理和辐射挑战，以及应对这些挑战的工程解决方案。 空间辐射防护：宇宙射线（GCR）、太阳粒子事件（SPE）对电子设备和人体是致命的威胁。本书分析了辐射的物理特性，并评估了不同材料（如聚乙烯、水、铝）在屏蔽高能粒子方面的效能。我们的焦点在于物理屏障的构建与剂量计算，而非生物细胞对辐射损伤的修复机制。 通信与遥测：远距离太空通信面临信号衰减、多普勒频移和光速延迟等挑战。书中详细介绍了深空网络（DSN）的架构，包括高增益天线的设计、信号调制解调技术（如DSSS、OFDM）以及数据编码与纠错算法，确保数据能可靠地从遥远的目标地（如火星或木星）传输回地球。 生命保障系统（ECLSS）——工程视角：虽然航天员需要生命支持，但本书的关注点在于系统的工程实现，而非生物化学循环。我们研究了如何利用物理化学过程（如萨巴蒂尔反应、电解水）来再生氧气和水，以及如何通过机械过滤和吸附系统（如分子筛）来去除二氧化碳和其他污染物。整个系统的设计是基于物质循环和能量平衡，而不是生物体内的稳态调节。 --- 第四部分：深空导航与任务规划——跨越光年尺度的决策制定 成功的深空任务依赖于精确的导航和高效的资源管理。 导航原理：本书详细解释了三角测量、光流法以及基于脉冲星和自然特征点匹配的自主导航技术。重点在于如何利用天文观测数据和航天器自身的传感器数据，实时确定其在三维空间中的位置和速度向量（状态估计）。 任务设计与优化：涉及大量的计算优化问题，例如如何在有限的燃料预算内设计出能最大化科学回报的飞行路径。我们使用迭代算法来寻找最优的推进时机和飞行窗口，以满足特定的时间和能量约束。 行星际轨迹的修正与机动：从近地轨道向地外天体转移，需要精确计算引力助推（Flyby）的时机和角度，以最大化角动量的交换。本书通过大量的案例研究，展示了如何运用动力学工具来实现复杂的行星际机动。 --- 结论： 《宇宙航行学导论》为有志于探索星辰的读者提供了一张通往太空工程前沿的路线图。它是一门严谨的、基于物理学和工程学的学科，专注于解决如何利用人类的技术力量，克服引力的束缚，穿越真空的冰冷，实现跨越行星乃至星际尺度的旅行。本书是对宏大空间尺度的运动、结构、能源和信息传输的系统性阐述，与微观世界的化学反应、分子结构或生命体征的内在调节完全处于不同的知识范畴。它描绘的是人类征服物理界限的壮阔蓝图。

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