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出版者:

作者:Burchfield, Larry A.

出品人:

页数:287

译者:

出版时间:2009-6

价格:651.00元

装帧:

isbn号码:9780471793335

丛书系列:

图书标签:

• 辐射安全
• 辐射防护
• 核安全
• 健康物理学
• 放射学
• 医学物理
• 环境监测
• 安全工程
• 职业健康
• 风险评估

《行星际导航与轨道力学导论》 本书聚焦于人类探索太阳系乃至更遥远星际空间所必需的复杂轨道规划、推进系统优化以及环境适应性挑战。 --- 第一章：轨道动力学基础与开普勒定律的现代应用 本章深入探讨经典牛顿万有引力定律在多体问题中的实际应用，并重点分析开普勒三大定律如何作为现代航天器轨道设计的基石。我们将详细阐述“二体问题”的解析解及其在地球近地轨道（LEO）和地球同步轨道（GEO）设计中的精确计算方法。 1.1 轨道根数的精确定义与转换： 介绍六个基本轨道根数（如半长轴、偏心率、升交点黄经等）之间的数学关系与几何意义。重点剖析如何通过数值积分方法处理摄动效应，如大气阻力、地球非球形引力场（J2效应）以及太阳光压对长周期任务的影响。 1.2 转移轨道设计：霍曼转移与高能转移： 详尽分析霍曼转移轨道在最小燃料消耗中的最优性。同时，引入邦迪三角（Brescia Triangle）的概念，用于比较不同能量转移轨迹（如低推力、高效率的螺旋上升）与高推力、快速的直接转移方案的优劣。章节末尾将通过实际案例展示如何利用拉格朗日点（Lagrange Points）进行深空任务的“引力助推”。 1.3 相对导航与会合机动： 探讨航天器之间精确交会对接所需的相对运动方程。引入卡尔曼滤波（Kalman Filtering）在实时轨道修正和目标跟踪中的应用，确保空间站补给或行星际探测器捕获操作的精度。 --- 第二章：先进推进系统与任务优化 现代深空任务对推进效率提出了极高要求，本章系统性地回顾并分析了化学、电推进及未来概念推进技术。 2.1 化学推进的局限与推力向量控制： 重新审视钱德拉塞卡极限在火箭设计中的意义，并侧重于液体燃料火箭发动机（如分级燃烧循环）的性能指标——比冲（$I_{sp}$）的优化。重点分析推力矢量控制（TVC）在轨道机动中的反馈机制，尤其是在大气层穿越阶段的姿态稳定作用。 2.2 电推进技术：离子与霍尔推进器： 深入研究离子推进器（如NASA的NEXT和ESA的PPS-1350）的工作原理，包括电场加速原理和氙等工质的选择标准。对比霍尔推进器的高功率密度特性，并分析电推力任务中推行时间与最终速度增量之间的权衡取舍。本节将提供详细的功率需求与推力输出曲线模型。 2.3 概念性推进技术探讨： 简要介绍核热推进（NTP）和基于磁帆的太阳帆技术。分析这些技术如何显著缩短前往火星或外行星所需的时间，并讨论其工程实施的物理学和材料学挑战。 --- 第三章：星际环境建模与探测器防护策略 远距离太空任务不仅面临引力挑战，更要应对充满能量粒子的恶劣太空环境。本章专注于如何准确建模这些环境，并设计有效的防护措施。 3.1 太阳高能粒子事件（SEP）与宇宙射线（GCR）： 详细描述太阳耀斑爆发过程中释放的质子和重离子流的能量谱特征。介绍利用Interplanetary Weather Forecast System（IWFS）对SEP事件进行预警的流程。分析银河宇宙射线（GCR）的持续性威胁，以及它们穿透航天器结构时产生的次级粒子效应。 3.2 等离子体相互作用与表面劣化： 研究高能粒子与探测器外壳材料的非弹性碰撞机制，探讨原子溅射（Sputtering）导致的表面材料侵蚀速率计算。对于在木星或土星磁层附近执行任务的探测器，分析其与高强度等离子体相互作用（如电荷积累和静电放电）的影响，并提出接地与屏蔽的最佳实践。 3.3 行星际尘埃与微流星体撞击： 建立奥尔特云和黄道尘埃带的密度模型。计算探测器在不同轨道速度下遭受的微小撞击风险，并介绍被动防护结构，如惠普尔屏蔽（Whipple Shields）的多层结构设计原理，用于分散撞击能量。 --- 第四章：深空通讯、导航与遥测 随着任务距离的增加，信号延迟和信噪比成为决定任务成败的关键因素。 4.1 深空网络（DSN）的链路预算分析： 详细介绍NASA深空网络（DSN）的组成、天线口径与接收灵敏度的关系。重点讲解如何构建和优化链路预算方程，以克服数百万公里距离上信号的几何衰减（Free-Space Path Loss）和背景噪声干扰。 4.2 时间延迟与自主导航： 分析光速限制导致的时间延迟（Latency）对地面控制的制约。引入星光传感器、陀螺仪与惯性测量单元（IMU）的数据融合技术，以实现必要的星际自主导航能力。探讨基于双向测距和多普勒频移的精确轨道测定（OD）技术。 4.3 容错编码与数据传输效率： 介绍Turbo码和低密度奇偶校验码（LDPC）等前向纠错编码技术在极端低信噪比环境下的应用。分析如何通过增加冗余度来确保关键科学数据和遥测信息的完整性，即使在信号丢失的情况下也能恢复信息。 --- 附录：任务设计案例分析 本附录将提供对“旅行者号”、“新视野号”以及“朱诺号”任务关键轨道决策的深入技术剖析，侧重于它们如何利用行星会合窗口和推进技术来克服巨大的速度和距离挑战。通过对这些里程碑式任务的数学建模回顾，读者将能更好地理解理论模型在实际星际探索中的应用过程。

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阅读体验上，这本书给我的感觉是极其严谨且权威的。作者在撰写时，似乎对每一个细节都进行了反复的推敲和验证，引用的文献和数据都非常扎实可靠，完全没有那种浮于表面的论述。我特别关注到它在风险评估模型部分的详尽阐述，它没有简单地给出结论，而是细致地剖析了不同模型背后的假设前提和适用范围，这对于需要进行实际操作或决策的专业人士来说，是至关重要的。这本书的行文风格是那种沉稳、学术性的，用词精确到位，几乎没有可以产生歧义的地方。这使得我在遇到一些比较晦涩难懂的公式或原理时，也能因为文字描述的清晰而迎刃而解。它更像是一本工具书与教科书的完美结合体，既有深度去支撑理论，又有广度去覆盖应用，读起来让人感到踏实和信服。

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这本书的价值远超出了单纯的知识传递，它更像是一部行业发展史和未来展望录的浓缩。作者在讨论现有技术的局限性时，笔锋一转，便自然地引出了新兴技术和未来研究方向，这种前瞻性让我对这个领域未来的发展充满了期待。其中关于人工智能在剂量优化中的应用那几章，简直是点睛之笔，它展示了传统学科如何与最前沿的技术进行深度融合。此外，作者在行文中始终保持着一种审慎和负责任的基调，强调了技术应用必须与伦理考量并重，这对于任何从事相关工作的人来说，都是一剂必要的“清醒剂”。它教会我的不只是“如何做”，更是“为何要这样做”以及“应该以何种态度去对待这项技术”。读完后，我感觉自己不仅是知识量有所增加，更重要的是，对整个领域产生了一种更为宏大和负责任的认知框架。

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坦白讲，这本书的叙事节奏把握得相当到位，它不像一些技术书籍那样冷冰冰地堆砌事实，而是巧妙地穿插了一些与行业发展息息相关的人物故事和伦理讨论。这种人性化的处理，极大地提升了阅读的趣味性。例如，书中对早期防护规范制定过程中的争议和妥协的描述，让我对这个领域的规范化进程有了更深层次的理解，知道这些“安全线”是如何一步步被确立起来的，背后包含了多少专业人士的心血和教训。在解释复杂的技术术语时，作者非常善于使用类比，虽然主题很硬核，但通过这些生动的比喻，即使是初学者也能快速抓住核心要义。它成功地在保持专业性的同时，避免了让读者产生疏离感，读起来感觉就像是与一位经验丰富的导师进行私下一对一的深度交流。

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这本书的封面设计得很有现代感，那种深邃的蓝色调配上简洁的字体，一下子就抓住了我的眼球。我拿到书的时候，首先翻阅了目录，发现它的编排逻辑非常清晰，从基础概念到具体的应用场景，层层递进，让人很容易跟上作者的思路。我特别欣赏作者在引入新概念时，总能结合一些实际的案例或者历史背景来阐述，这让原本可能有些枯燥的理论知识变得生动起来。比如，书中对剂量学历史演变的描述，不仅仅是罗列时间线，而是深入探讨了不同时期科学家们在理解辐射效应上的思维转变，这一点非常引人入胜。书中还附带了大量的图表和示意图，这些视觉辅助工具极大地帮助我理解那些复杂的物理过程。总的来说，它像一位知识渊博的向导，带着你一步步探索一个专业领域，让人读完后感觉收获满满，对这个领域的基础框架有了坚实的把握。

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这本书的结构设计非常巧妙，它不是按照传统的学科分类来组织内容，而是更多地遵循了“问题—解决方案”的逻辑链条。我尤其欣赏它对“不确定性”的处理方式。在处理辐射生物学效应这样本身就充满概率性的议题时，作者没有试图给出简单的“是”或“否”的答案，而是系统性地介绍了如何量化和管理这种不确定性，这体现了一种非常现代的、实事求是的科学态度。书中对监管框架和国际标准的对比分析部分写得尤为精彩，它不仅罗列了各国法规的差异，更深层次地探讨了这些差异背后的文化和社会因素，拓宽了我的视野。这本书的排版也值得称赞，页边距适中，字体选择考虑了长时间阅读的舒适度，这些细节都反映出出版方对读者的尊重，使得长时间的深度阅读也不会感到过于疲惫。

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