航天工程设计实践 上PDF电子书下载

第1篇 航天工程基本概念 3

第1章 航天工程发展简史 3

1.1古代的飞天传说和航天理论 3

1.2中国古代火箭和欧洲火箭 4

1.3现代航天理论的建立 5

1.4从V——2导弹到发射美国第一颗人造卫星的丘辟特C火箭 6

1.5人类进入航天新时代 7

1.6中国的航天计划与成就 9

第2章 运载火箭 15

2.1概述 16

2.1.1导弹与运载火箭的定义 16

2.1.2导弹与运载火箭的分类 17

2.1.3导弹与运载火箭的主要性能 19

2.2导弹与运载火箭的组成 21

2.2.1弹头 21

2.2.2航天器 23

2.3箭体结构与分离系统 23

2.4运载火箭的推进系统 25

2.4.1液体火箭推进系统 25

2.4.2固体火箭推进系统 29

2.4.3液体火箭发动机 36

2.4.4各类火箭发动机的特征参数比较 41

2.5运载火箭控制系统 44

2.5.1控制系统的组成 48

2.5.2导航分系统 48

2.5.3制导分系统 59

2.5.4姿态控制分系统 64

2.5.5电源配电分系统 68

2.6中国的运载火箭 69

2.6.1长征一号系列运载火箭 69

2.6.2长征二号系列运载火箭 72

2.6.3长征三号系列运载火箭 85

2.6.4长征四号系列运载火箭 93

2.7结论 100

第3章 航天器 102

3.1概述 103

3.1.1航天器的分类与基本组成 103

3.1.2人造地球卫星及其分类 104

3.1.3空间探测器及其探测成果 106

3.1.4宇宙飞船及其载人飞行 106

3.1.5空间站及其载人太空活动 108

3.1.6航天飞机及其载人飞行 109

3.2航天器的有效载荷（专用系统） 110

3.2.1科学实验卫星的有效载荷 110

3.2.2对地观测卫星的有效载荷 111

3.2.3通信卫星的有效载荷 116

3.2.4导航定位卫星的有效载荷 120

3.3航天器的通用系统（通用平台） 122

3.3.1航天器的结构与机构系统 122

3.3.2航天器的推进系统 132

3.3.3航天器的控制系统 148

3.4中国的航天器 175

3.4.1中国的通信卫星 176

3.4.2中国的返回式遥感卫星 183

3.4.3中国的气象卫星 187

3.4.4中国的小卫星和地球资源卫星 190

3.4.5中国的载人飞船 194

3.4.6中国的探月卫星——嫦娥一号 199

第4章 测控通信系统 202

4.1引论 202

4.2航天器测控计划执行过程 206

4.3航天器天地结合的控制方案 208

4.4航天器作为控制对象的特点 209

4.5航天器飞行控制中心 210

4.5.1指令信息计算机系统完成的任务 211

4.5.2指令信息计算机系统的组成 213

4.5.3生成飞行计划与控制航天器指令程序信息用软件 214

4.5.4小结 215

4.6运载火箭测控方案 215

4.6.1火箭自主测轨法 215

4.6.2外弹道测轨法 216

4.7统一载波测控系统的基本概念 217

4.7.1常用测控频段 217

4.7.2常用天线及馈线 217

4.7.3信号频谱 219

4.7.4信号调制技术 222

4.7.5雷达方程 224

4.7.6电波传播特性 227

4.8系统技术指标 231

4.8.1作用距离 232

4.8.2工作频率范围及频点步进长度 232

4.8.3定位误差 232

4.8.4遥控的技术指标 233

4.8.5遥测的技术指标 233

4.8.6通信与数传的技术指标 233

4.8.7工作范围 234

4.8.8跟踪速度 234

4.8.9捕获时间 234

4.8.10工作方式 234

4.8.11测轨采样率 234

4.8.12设备可靠性 235

4.8.13环境条件 235

4.8.14使用条件 235

4.9系统组成及其工作原理 235

4.9.1典型系统组成 235

4.9.2系统工作原理 238

4.10系统信道电平设计与计算 240

4.10.1系统信道电平计算 240

4.10.2系统工作门限 244

4.10.3功率分配原则 248

4.11系统频率流程设计 248

4.11.1设计原则 248

4.11.2系统主要设备的频率流程 249

4.12常用无线电数据 252

4.12.1电磁波谱 252

4.12.2雷达频段名称 254

4.12.3空间—地面线路功率预算 254

4.12.4行星表面及大气层无线电物理参数 255

4.12.5宇宙航行用频率 256

第5章 运载火箭与航天器的测试发控系统 259

5.1引论 259

5.1.1零件、部件和仪器 259

5.1.2分系统 259

5.1.3运载器 260

5.1.4空间实验室 260

5.1.5航天器 260

5.1.6系统 260

5.1.7航天工程 260

5.1.8特殊产品 260

5.2航天产品（运载火箭和航天器）的各类试验 262

5.2.1研制试验 262

5.2.2鉴定试验 262

5.2.3验收试验 267

5.2.4发射前合格验证与运行试验 269

5.3航天器的发射场测试 270

5.3.1航天器（飞船）的射前测试 271

5.3.2航天器的地面综合测试系统 272

5.4运载火箭的发射场测试 274

5.4.1单元测试 275

5.4.2分系统测试 276

5.4.3总检查 278

5.4.4动力系统和结构分离系统的射前检查 281

5.4.5射前检查与发射控制 282

5.5运载火箭的测试发控系统 285

第6章 航天工程总体设计概念 288

6.1航天工程的组成与研制层次 288

6.2航天工程的总体设计步骤和任务 290

6.2.1设计项目与完成步骤 290

6.2.2设计内容 291

6.3航天任务中的有效载荷技术 296

6.3.1有效载荷的分类 296

6.3.2有效载荷技术与电磁波谱 300

第7章 航天工程的安全性与可靠性保证 301

7.1引论 301

7.1.1可靠性 301

7.1.2安全性 302

7.1.3可靠性与安全性的关系 302

7.2航天员安全性保证 303

7.2.1航天员的安全生存条件 303

7.2.2航天员安全性的设计过程和基本方法 304

7.2.3逃逸与应急救生系统设计 311

7.3工程可靠性保证 319

7.3.1概述 319

7.3.2可靠性设计 322

7.3.3可靠性试验 329

7.3.4可靠性管理 331

7.3.5中国载人航天工程的可靠性保证要点 334

第2篇 航天工程基础理论 347

第8章 天文、地球物理与航天运动学 347

8.1大爆炸宇宙论 348

8.2恒星世界 348

8.3太阳和地球 352

8.4参考系和坐标系 354

8.4.1地球地心赤道参考系 354

8.4.2日心黄道参考系 355

8.5太阳时、世界时和地方时 355

8.6航天运动学基础 361

8.6.1力学基本定律之一——牛顿三定律 361

8.6.2万有引力定律 362

8.6.3开普勒行星运动三定律 364

8.6.4引力势能 365

8.6.5 3个宇宙速度 366

8.7航天器的地球轨道参数 369

8.8航天器在星体中心引力场中的运动 372

8.9航天器轨道方程 374

8.10航天器的空间位置、速度和周期的确定 379

8.10.1轨道位置的确定 379

8.10.2轨道飞行速度的确定 380

8.10.3轨道周期的确定 381

第9章 航天动力学及其应用 383

9.1航天器椭圆轨道常用公式 383

9.1.1航天器轨道地心距r 383

9.1.2航天器轨道长半轴a 384

9.1.3航天器地心距矢量r和速度矢量υ之间的夹角α 384

9.1.4真近点角f 384

9.1.5偏近点角E 385

9.1.6偏心率e 385

9.1.7航天器速度υ 385

9.1.8远地点速度υA 386

9.1.9近地点速度υP 386

9.1.10运动周期T 386

9.1.11平近点角M 386

9.2轨道摄动 386

9.2.1地球扁率摄动 386

9.2.2天体引力摄动 388

9.2.3大气阻力摄动 388

9.2.4太阳辐射压力摄动 388

9.3轨道机动 389

9.3.1霍曼转移轨道（共面变轨） 389

9.3.2轨道面改变（非共面变轨） 391

9.3.3轨道保持 392

9.4航天器轨道动力学的应用 393

9.4.1星下点轨迹及轨道覆盖 393

9.4.2常用卫星或飞船的轨道 395

9.4.3航天器轨道设计思想 396

9.5描述航天器运动的常用坐标系 396

9.5.1日心黄道坐标系 397

9.5.2地心赤道坐标系和赤经赤纬坐标系 399

9.5.3航天器轨道平面的近焦点坐标系 400

9.5.4其他常用坐标系 401

9.6多体问题和二体问题的矢量描述 403

9.6.1多体问题 403

9.6.2二体问题 407

9.7航天器轨道运行参数的矢量表示 413

9.7.1经典轨道参数 413

9.7.2可替代的轨道参数 414

9.7.3顺行轨道和逆行轨道 415

9.8由r和υ计算轨道参数 415

9.8.1 3个基本矢量h、n和e的确定 415

9.8.2轨道参数的求解 416

9.9由轨道要素计算r和v 422

第10章 火箭推进与飞行动力学 425

10.1火箭推进与火箭发动机 425

10.1.1推进的定义 425

10.1.2火箭发动机的特…点 425

10.1.3火箭发动机的分类 425

10.2火箭发动机的工作原理和排气特性 426

10.2.1火箭发动机的工作原理 426

10.2.2理想的火箭发动机 427

10.2.3理想火箭发动机的热力循环 428

10.2.4喷管理论 428

10.2.5火箭发动机的排气特性 428

10.3火箭发动机的主要参数 428

10.3.1推力 428

10.3.2总冲 429

10.3.3比推力（比冲） 430

10.3.4推力系数 430

10.3.5火箭发动机的效率 430

10.3.6特征速度 431

10.4火箭发动机的特性与墨氏方程 431

10.4.1化学火箭发动机 432

10.4.2火箭发动机的热化学 432

10.4.3火箭发动机的传热 432

10.4.4固体火箭发动机 433

10.4.5液体火箭发动机 434

10.4.6墨氏方程式的推导 434

10.5火箭理想速度的齐奥尔科夫斯基公式 438

10.5.1单级火箭的理想速度 438

10.5.2多级火箭的理想速度 440

10.6齐氏公式的地心引力修正 441

10.7火箭发动机的外部效率 442

10.8作用在飞行火箭上的力和力矩 443

10.8.1飞行火箭上的力系运动微分方程 443

10.8.2地球大气及其性质 449

10.9火箭在大气中飞行的空气动力问题 452

10.9.1空气动力系数 452

10.9.2空气动力的分力与亚声速 454

10.9.3超声速气流对流线型物体的作用 455

10.9.4空气动力稳定力矩和空气动力阻尼力矩 456

第11章 火箭的飞行轨道与总体参数计算 461

11.1火箭飞行轨道的分段 462

11.2弹道式火箭的主动飞行段大气层内的运动方程 463

11.3弹道式火箭在主动段大气层外的运动方程 468

11.4单级火箭设计参数 473

11.5多级火箭设计参数 476

11.6火箭主动段轨道参数 478

11.6.1第一级计算 480

11.6.2上面级（二级、三级）计算 487

11.7地球同步轨道卫星发射轨道设计 492

11.7.1有停泊轨道的地球同步卫星发射过程 495

11.7.2轨道选择的入轨条件 496

第12章 航天器的运行轨道设计 501

12.1引论 501

12.2近地轨道航天器运行轨道设计 502

12.2.1近地轨道参数的选择原则 502

12.2.2航天器星下点轨迹及轨道覆盖计算 507

12.2.3航天器位置矢量、速度矢量与轨道要素的计算 511

12.3近地轨道设计要考虑的摄动因素 517

12.3.1地球形状摄动 518

12.3.2大气阻力摄动 522

12.3.3调姿喷气摄动和轨道控制喷气摄动 523

12.3.4近地轨道航天器的摄动运动方程 524

12.4近地轨道航天器的轨道寿命计算 529

12.5中轨道航天器运行轨道设计 532

12.5.1真太阳与平太阳 535

12.5.2太阳同步轨道某一纬度的地方时 536

12.5.3太阳同步轨道的太阳高度角缓慢变化 538

12.6高轨道航天器运行轨道设计 539

12.6.1静止轨道的基本条件 539

12.6.2发射入轨误差会引起卫星位置漂移 544

12.6.3静止轨道卫星的摄动与软道保持 547