《载人航天任务分析与设计(套装上下册)》由来自美国、奥地利、加拿大、法国、德国、日本和俄罗斯等国家的67名科学家、工程师、管理人员等组成的团队共同编写几乎涵盖了载人航天任务和系统设计各个万面的内容,从全球方案视角对设计经验进行了总结,涉及了大量的经验积累和翔实的数据全书共分为25个主题,包括800多条经验总结。《载人航天任务分析与设计(套装上下册)》可供从事载人航天工作的科技人员参考,也可作为研究生和高年级本科生的教材和参考书为相关课程,如飞行器设计空间站设计或任务运营等提供有价值的补充材料。
历史。仔细想想,我们已经为涉及空间的活动工作了40多年。目前,世界上有超过500个航天器在地球轨道上运行,同时一部分星际航天器已经在探索更远的地方。同时,我们全球已有10年的栽人航天工作经验。航天员在近地轨道呆过很长的时间,在月球表面也呆过一段时间。目前,在轨运行的还有国际空问站的一部分,或者说是尚未完成的空间站和航天飞机。
在接下来短短的10年中,计划将有数量超过3-4倍的航天器在轨运行——即1500到2000个!同样在这10年中,我们将完成国际空间站的建设工作,扩展科学和工业活动的应用范围,并使我们人类在近地轨道的经历倍增。这听起来很令人振奋,但是才勉强接触到空间探索的表面!
再过几年就是刘易斯与克拉克远征200周年纪念日。之后再过几年,就到了沙克尔顿(英国南极探险家)、阿蒙森(挪威探险家)和斯科特领导探索南极洲100周年纪念。回顾500年前,1492-1506年,哥伦布率领他的船队穿过大西洋探索新世界。其实再早500年前,也就是公元1000年左右,一个极轨道的现代成像卫星(如果有这样的一个技术存在的话),可能就已经能够指引埃里克森的小船勇敢地穿过北大西洋去格陵兰海岸探险。
与早期那些探险者能够得到的支援不一样,我们拥有现代技术采帮助那些想要进入太空的人努力实现梦想。如果托马斯·杰斐逊带领他的政党穿过落基山脉时,能够通过电话或电子邮件与梅里韦瑟·刘易斯进行日常交流的话,这可能会带来什么?要是哥伦布能够利用伊莎贝拉女王的一小部分现代物流能力,或利用全球定位系统的导航精度,哥伦布又将会完成什么?人类探索未知的愿望从未减弱,在前所未有的潮流中,现在的科学和工程知识能够帮助人类进行探索活动。
我们立志要把人送出近地轨道,到达月球或火星,并且保证能够安全地返回地球。美国人已经抵达了月球表面,尽管停留时间很短。如今我们寻求如何能够超越曾经的短暂月球访问,在月球或火星表面长期生存,这是一个更大、更为复杂的挑战。暂且不考虑航天飞行的复杂和困难,单单是想象你和你的家人到一个孤立的荒野进行一次两天、几个月或几年时间的露营,其间的差异就显而易见!另外,如果提前计划,我们可以在空间和行星表面建立一套基础设施,这可以支持进一步的探索。
希望。这本《载人航天任务分析与设计》由67名作者共同完成,期望这本书可以为近地轨道、月球或火星的载人航天任务方案设计提供帮助。更进一步,我们期望你能够利用这本书来开发一个更好的、完整的载人航天任务,学习开发和运营载人航天系统的各个方面。写这本书的过程对我们大多数人来说是一次震撼人心的经历,因为我们开始逐渐意识到为了使航天探索达到如此高度,前人做出了努力、大量工作和牺牲,这一切具有非凡的价值,我们是站在巨人肩膀上开展工作的。
我们一直尝试将载人航天历程编纂成册,提供一个知识基线
流程、工具和数据,从而可以继续解决未来面对的许多挑战。为了发展,必须采用已应用到任务中的真实流程、工具和数据,同时期望能够改进方法来满足新任务遇到的挑战——举几个例子来说,如长期航天飞行的生理和心理问题,离开“地面”生活,航天员和系统的自主能力,项目管理等。
本书希望帮助你从一组任务目标和一张“白纸”开始,从概念上设计一个风险可接受、成本效益好的载人航天任务。通过本书,能够充分地明确任务细节,确定系统需求和关键要求,这些对评价任务整体性能、规模、成本和风险是必要的。
第1章 载人航天导论
1.1 人在太空
1.2 载人航天任务的寿命周期
1.3 航天任务方案与架构
1.4 面临的挑战
参考文献
第2章 载人航天任务设计
2.1 定义任务目标
2.2 定义任务需求与约束
2.3 开发任务备选方案和架构
2.4 识别系统影响驱动因素和关键需求
2.5 定义任务方案和架构基线
参考文献
第3章 空间环境:风险及影响
3.1 真空环境适应性
3.1.1 太阳紫外辐照降解
3.1.2 污染物
3.2 中性大气环境
3.2.1 原子氧对表面的侵蚀
3.2.2 阻力
3.3 等离子体环境——航天器放电
3.3.1 近地轨道航天器放电
3.3.2 高轨航天器放电
3.4 空间辐射效应
3.4.1 俘获辐射范艾伦辐射带
34.2 太阳粒子事件和银河宇宙射线
3.4.3 总剂量效应
3.4.d剂量率效应
3.5 微流星体及轨道碎片
3.6 行星际空间
3.7 设计案例:月球基地
参考文献
第4章 表面环境
4.1 月球
4.1.1 月面
4.1.2 月球资源
4.1.3 关于月球表面的相关问题汇总
4.1.4 设计案例:月球南极
4.2 火星
4.2.1 火星表面
4.2.2 火星资源
4.2.3 总结
参考文献
第5章 航天飞行生理学
5.1 设定环境参数
5.1.1 大气
5.1.2 温度
5.1.3 在通用、降额、应急条件下的环境参数改变
5.1.4 辐射暴露
5.1.5 加速度过载
……
第6章 载人航天飞行中人的因素
第7章 航天飞行心理学
第8章 载人航天飞行的安全性
第9章 轨道设计与轨道动力学
第10章 进入、下降、着陆和上升
第11章 设计与规划空间单元
第12章 转移、进入、着陆和上升飞行器
第13章 地外基地设计、规划和集成
第14章 行星表面巡视器
第15章 原位资源
第16章 热控制
第17章 环境控制与生命保障系统
第18章 乘员起居设备
第19章 姿态确定与控制
第20章 电源系统设计
第21章 结构
第22章 舱外活动系统
第23章 空间机器人
第24章 推进系统
第25章 运载火箭和转移飞行器的选择
第26章 载人航天飞行任务运营
第27章 指挥、控制和通信架构
第28章 空间后勤支持
第29章 载人航天系统的成本估算
第30章 国际载人航天任务
第31章 火星任务设计案例
附录A 几何体惯量
附件B 地球卫星参数说明