载人航天器技术PDF电子书下载

1.1 概述 1

1.1.1 载人航天技术的含义 1

1.1.2 发展载人航天的意义 1

第一章 载人航天技术发展概况 1

1.1.3 载人空间站航天系统的内容 3

1.1.4 载人航天器的组成 3

1.2 载人航天发展概况 4

1.2.1 载人航天技术的发展阶段 4

1.2.2 载人航天器的发展 5

1.3 载人航天的未来发展 10

1.3.1 国际空间站的建成与运营 10

1.3.2 载人行星探测 11

1.4 中国载人航天发展途径 12

参考文献 12

2.2 载人飞船航天系统 13

2.2.1 载人飞船系统 13

2.1 概述 13

第二章 载人飞船航天系统与载人飞船总体设计 13

2.2.2 运载火箭系统 14

2.2.3 航天员系统 16

2.2.4 发射场系统 17

2.2.5 着陆场系统 17

2.2.6 测控与通信系统 18

2.2.7 应用系统 18

2.3 载人飞船总体设计 20

2.3.1 载人飞船的设计依据 20

2.3.2 载人飞船总体设计的一般原则 22

2.3.3 载人飞船的构型和总体布局及总体参数 22

2.3.4 载人飞船总体指标的确定与分配 31

2.3.5 载人飞船的分系统配置 32

2.3.6 载人飞船的气动力设计 33

2.3.7 载人飞船的轨道设计和飞行程序 34

参考文献 38

第三章 载人航天器轨道动力学 39

3.1 概述 39

3.2 轨道动力学基础 39

3.2.1 摄动运动方程 39

3.2.2 兰伯特问题 41

3.3 地月转移轨道 42

3.3.1 概述 42

3.3.2 限制性四体问题 43

3.3.3 限制性三体问题 44

3.4 相对运动方程 45

3.4.1 坐标系 45

3.4.2 物理量符号定义 47

3.4.3 绝对空间的相对加速度 47

3.4.5 相对运动方程 48

3.4.4 轨道坐标系角速度及角加速度 48

3.4.6 线性化相对运动方程的解 49

3.4.7 非线性相对运动方程的解 50

3.5 空间交会策略 55

3.5.1 概述 55

3.5.2 目标航天器轨道 56

3.5.3 脉冲推力轨道交会 56

3.5.4 小推力轨道交会 57

3.6 返回运动方程 59

3.6.1 概述 59

3.6.2 坐标系与气动力分量 60

3.6.3 一般返回运动方程 63

3.6.4 配平攻角飞行的运动方程 67

3.7 绳系系统动力学 68

3.7.1 载人航天器与绳系系统 68

3.7.2 绳系系统动力学特性 69

3.7.3 绳系系统的运动 71

3.7.4 绳系系统的控制 73

3.7.5 绳系系统运动方程 76

参考文献 81

第四章 载人航天器乘员系统 82

4.1 概述 82

4.2 人在航天中的任务和作用 83

4.3 航天员分类 84

4.3.1 职业航天员 85

4.3.2 非职业航天员 85

4.4 航天员系统 86

4.5 飞行医学监督与保障设备 87

4.5.1 飞行医学监督设备 87

4.5.2 环境卫生监测设备 89

4.5.3 飞行医学保障设备 91

4.6 飞行医学实验设备 92

4.6.1 空间质量测量设备 93

4.6.2 血压测量设备 94

4.6.3 人体代谢分析及肺功能测试设备 95

4.6.4 图像诊断设备 97

4.6.5 其它设备 97

4.7 飞行对抗措施设备 98

4.7.1 锻炼设备 99

4.7.2 非锻炼设备 101

4.7.3 药物 104

4.7.4 人工重力 105

4.7.5 其它对抗措施 106

4.8 航天食品 106

4.8.1 食品营养保障 106

4.8.2 食品系统 107

4.8.3 食品卫生 113

4.9.1 航天服 114

4.9 航天服及个人装备 114

4.9.2 个人救生物品 123

参考文献 123

第五章 载人航天器环境控制与生命保障系统 125

5.1 概述 125

5.1.1 环控生保系统在载人航天技术中的地位和意义 125

5.1.2 环控生保系统的功能和基本组成 126

5.1.3 环控生保系统的界面关系和设计约束条件 128

5.1.4 环控生保技术中微重力问题研究 130

5.1.5 系统的可靠性、安全性研究 131

5.1.6 载人航天器环控生保系统的分类 133

5.2 短期飞行载人航天器环控生保系统 134

5.2.1 舱压体制 136

5.2.2 气体贮存 136

5.2.3 供气调压技术 137

5.2.4 座舱大气通风净化技术 139

5.2.5 温湿度控制技术 142

5.2.6 废物收集处理技术 146

5.2.7 座舱内环境应急及舱内航天服技术 149

5.2.8 水管理技术 150

5.2.9 座舱烟火检测与防火灭火技术 152

5.2.10 测量控制技术 153

5.2.11 航天员居住设施 154

5.3 物理化学再生式环控生保系统 155

5.3.1 物理化学再生式环控生保系统基本概念 155

5.3.2 氧的再生技术 156

5.3.3 水的再生技术 161

5.4 受控生态生保系统 164

5.4.1 受控生态生保系统的基本概念 164

5.4.2 受控生态生保系统研究的主要问题 165

5.5 出舱活动环控生保系统 166

5.5.1 舱外航天服 166

5.5.2 携带式环控生保系统 167

5.5.3 出舱活动的测量、通信、控制及机动能力 169

参考文献 169

第六章 载人航天器结构与机构系统 170

6.1 概述 170

6.1.1 结构与机构分系统的功能 170

6.1.2 结构与机构分系统的组成 171

6.2 设计条件 172

6.2.1 航天器系统总体要求 172

6.2.2 总装对结构的设计要求 174

6.2.3 分系统向结构提出的要求 174

6.2.4 环境与载荷 174

6.3 载荷与强度分析 174

6.3.1 载荷条件 174

6.3.2 结构强度条件 177

6.4.1 鉴定试验 181

6.4 舱体结构试验 181

6.4.2 验收试验 183

6.5 舱段结构的分类与结构形式 183

6.5.1 密封舱 184

6.5.2 壳体结构 190

6.6 载人航天器上所用的机构和装置 199

6.6.1 对机构的要求和分类 199

6.6.2 结构与机构分系统常用的机构和装置 200

6.6.3 连接与分离机构和装置 204

6.6.4 船箭连接分离系统 217

6.6.5 舱段连接与分离系统 218

6.7 空间对接装置 219

6.7.1 用途与功能 219

6.7.2 类型 219

6.7.3 常用对接装置 220

参考文献 223

7.1.1 再入气动加热的严重性 224

第七章 载人航天器防热结构 224

7.1 概述 224

7.1.2 克服再入气动热的途径 225

7.1.3 防热结构设计的基本要求和过程 226

7.2 防热结构设计与分析 228

7.2.1 热容吸热防热 228

7.2.2 辐射防热结构 231

7.2.3 烧蚀防热结构 239

7.3 防热结构试验 247

7.3.1 材料筛选试验 247

7.3.2 热结构匹配试验 249

7.3.3 防热结构的再入气动加热模拟试验 252

参考文献 256

8.1.2 载人飞船GNC技术发展概况 258

8.1.1 基本概念及定义 258

8.1 概述 258

第八章 载人航天器制导、导航与控制系统 258

8.2 载人飞船GNC系统的任务、设计原则及组成 260

8.2.1 载人飞船GNC系统的任务 260

8.2.2 载人飞船GNC系统的设计原则 260

8.2.3 载人飞船GNC系统的组成 260

8.3 载人飞船轨道运行段三轴姿态确定和控制 266

8.3.1 飞船姿态运动方程 266

8.3.2 载人飞船姿态确定 272

8.3.3 载人飞船姿态控制律设计 280

8.3.4 载人飞船的全姿态捕获技术 285

8.3.5 飞船离轨前建立制动发动机点火姿态 288

8.3.6 航天员手动运动控制 289

8.4 载人飞船再入大气层控制技术 292

8.4.1 概述 292

8.4.2 再入大气层的控制技术 292

参考文献 297

第九章 载人航天器热控制系统 298

9.1 航天器空间环境 298

9.1.1 宇宙真空和深黑低温 298

9.1.2 微重力 299

9.1.3 空间外热流 299

9.2 航天器热控系统基本换热公式 300

9.2.1 导热公式 300

9.2.2 对流换热公式 300

9.2.3 辐射换热公式 301

9.3 热控系统设计依据 302

9.3.1 热控系统的任务 302

9.3.2 总体对热控的要求 302

9.3.3 热控系统的工作内容 302

9.3.4 载人航天器对热设计的特殊要求 302

9.4 航天器热平衡计算 303

9.5 航天器热控系统组成 304

9.5.1 热设计与热计算子系统 304

9.5.2 被动热控子系统 305

9.5.3 液体冷却回路子系统 310

9.5.4 主动热控子系统 314

9.5.5 地面调温子系统 317

9.5.6 真空热试验子系统 318

9.6 航天器热试验 319

9.6.1 热平衡试验 319

9.6.2 热真空试验 327

9.6.3 返回着陆升温试验 328

9.6.4 地面调温试验 328

9.7 航天器热控技术的发展 329

参考文献 330

10.2.1 电源系统的组成 331

10.2 一般电源系统描述 331

10.1 名词术语 331

第十章 载人航天器电源系统 331

10.2.2 电能源与贮能装置 332

10.2.3 配电系统 334

10.3 电源系统的职能 334

10.3.1 一般技术要求 334

10.3.2 系统级职能 335

10.4 电源系统的系统级设计 336

10.4.1 电源系统选择与设计原则 336

10.4.2 电源系统系统级设计过程 337

10.4.3 载人航天器电源系统设计特点 337

10.5 太阳光电电源系统 338

10.5.1 概述 338

10.5.2 太阳电池阵 339

10.5.3 蓄电池组 342

10.5.4 电源系统总体构型 343

10.6 燃料电池与再生式燃料电池 345

10.6.1 概述 345

10.6.2 燃料电池反应原理 346

10.6.3 再生式燃料电池 346

10.7 太阳动力发电系统 347

10.7.1 概述 347

10.7.2 聚能器 347

10.7.3 接收器 347

10.7.4 能源转换设备 348

10.8 空间核电源 349

10.8.1 核能的空间应用 349

10.8.2 核电源系统组成 349

10.9 空间系绳发电系统 350

10.9.1 概述 350

10.9.2 发电与贮能 351

10.10.1 电源系统概述 352

10.10 “阿波罗”飞船电源系统 352

10.9.3 飞行试验 352

10.10.2 燃料电池系统 353

10.10.3 蓄电池系统 355

10.10.4 配电系统 357

10.11 “天空实验室”电源系统 358

10.11.1 燃料电池—蓄电池系统 358

10.11.2 太阳电池阵—蓄电池系统 359

10.12 航天飞机轨道器电源系统 360

10.12.1 燃料电池与蓄电池组 360

10.12.2 捕助发电装置 361

10.13 空间站电源系统 361

10.13.1 电源系统需求 361

10.13.2 概念研究与方案选择 361

10.13.3 混合电源系统 362

10.14.1 “联盟”号飞船电源系统 364

10.14 苏联载人航天器电源系统 364

10.14.2 “礼炮”号与“和平”号空间站电源系统 365

10.15 中国“神舟”号飞船电源系统 365

10.15.1 概述 365

10.15.2 太阳电池阵 366

10.15.3 电源系统总体设计 367

10.15.4 安全性、可靠性设计 368

参考文献 369

第十一章 载人航天器测控与通信系统 370

11.1 概述 370

11.2 美俄载人航天测控与通信系统 370

11.2.1 美国载人航天测控与通信系统 370

11.2.2 俄罗斯载人航天测控与通信系统 377

11.3 测控与通信的基本原理 377

11.3.1 跟踪测轨 377

11.3.2 遥测 380

11.3.3 遥控 381

11.3.4 图像信息传输 382

11.3.5 天地话音传输 382

11.3.6 信道设计 383

11.4 载人航天测控与通信系统工程设计中的几个问题 384

11.4.1 电磁兼容性问题 384

11.4.2 空间环境适应性设计问题 384

11.4.3 可靠性与安全性设计问题 385

11.5 分包遥测和分包遥控 385

11.5.1 开放系统互连模型 385

11.5.2 分包遥测遥控概念 385

11.5.3 分包遥测标准 388

11.5.4 分包遥控标准 393

11.6 高级在轨系统 401

11.7 “神舟”号飞船测控与通信分系统 406

11.7.1 任务与功能 406

11.7.2 分系统组成与工作原理 407

11.7.3 分系统技术特点 411

参考文献 411

第十二章 载人航天器数据管理系统 412

12.1 概述 412

12.2 航天器数管系统的主要功能和设计特点 414

12.2.1 航天器数管系统的主要功能 414

12.2.2 航天器数管系统的设计特点 415

12.3 航天器数管系统体系结构 415

12.3.1 集中式体系结构 415

12.3.2 分布式体系结构 416

12.3.3 “神舟”号飞船数管系统 421

12.4 数管系统部件简介 422

12.4.1 返回舱中央单元1（CTU1） 422

12.4.2 轨道舱中央单元2（CTU2） 424

12.4.3 串行数据总线 424

12.4.5 应急数据记录器CRU 425

12.4.4 远置单元 425

12.4.6 数传复接器DTCU 426

12.5 航天器数管系统功能设计 426

12.5.1 遥控遥测功能设计 426

12.5.2 时钟管理设计 427

12.5.3 航天器程序控制功能设计 427

12.5.4 数据处理功能设计 428

12.5.5 自主控制功能设计 428

12.5.6 数管系统内务管理设计 429

12.5.7 数管系统救生功能设计 433

12.5.8 其它功能 434

12.6 航天器数管系统软件 434

12.6.1 概述 434

12.6.2 数管系统软件设计特点 435

12.6.3 数管系统CTU1软件 437

12.6.5 数管系统软件的在轨维护 438

12.6.4 数管系统CTU2软件 438

参考文献 439

第十三章 载人航天器推进系统 440

13.1 概述 440

13.1.1 基本术语 440

13.1.2 航天器推进系统的功用 441

13.1.3 航天器推进系统的分类 441

13.2 航天器液体火箭推进系统 446

13.2.1 液体火箭推进的系统方案 446

13.2.2 航天器液体火箭推进系统主要组件 449

13.2.3 载人航天器液体推进系统设计 455

13.3 国外载人航天器液体火箭推进 458

13.3.1 载人飞船推进系统 458

13.3.2 空间实验室与空间站推进系统 461

13.3.3 航天飞机推进系统 464

13.4 中国“神舟”号飞船的推进分系统 465

13.3.5 货运飞船推进系统 465

13.3.4 航天员舱外活动机动装置 465

13.4.1 轨道舱推进子系统 466

13.4.2 返回舱推进子系统 466

13.4.3 推进舱推进子系统 468

13.5 航天器推进系统的展望 471

13.5.1 新型火箭推进 471

13.5.2 化学火箭推进剂 471

13.5.3 液体火箭推进系统 472

13.5.4 新材料和新工艺 473

13.5.5 检测与测试手段 473

参考文献 473

第十四章 载人航天器仪表照明系统 475

14.1 概述 475

14.2 仪表照明系统的功能 475

14.2.1 仪表系统的功能 475

14.2.2 照明系统的功能 476

14.3 仪表系统总体设计 477

14.4 照明系统设计 478

14.4.1 基本要求 478

14.4.2 仪表系统照明 479

14.4.3 舱内公用照明 479

14.4.4 舱外照明 479

14.5 载人航天器中的仪表 479

14.5.1 大气数据系统的几个仪表 480

14.5.2 竖直刻度仪表 481

14.5.3 伺服仪表与带式仪表 482

14.5.4 数字仪表 484

14.5.5 组合指令指示器 484

14.5.6 T形布局仪表板 484

14.5.7 阴极射线管（CRT）显示器 485

14.6.2 系统组成 486

14.6.1 任务与功能 486

14.5.8 彩色液晶平板显示器 486

14.6 “神舟”号飞船仪表照明系统 486

14.6.3 技术特点 488

14.7 国外典型载人飞船仪表系统 489

14.7.1 “联盟”号飞船仪表系统 489

14.7.2 “阿波罗”飞船指挥舱仪表系统 490

14.8 航天飞机仪表 492

14.8.1 航天飞机驾驶舱仪表系统 492

14.8.2 航天飞机后舱仪表系统 492

14.8.3 平视显示仪 492

14.8.4 仪表显示与图像信息合成的头盔显示器 495

14.8.5 注意及警告系统 496

参考文献 498

第十五章 载人航天器应急救生系统 499

15.1 概述 499

15.1.1 载人航天应急救生 499

15.1.2 发射段救生方式 501

15.2 “联盟TM”飞船的应急救生系统 502

15.2.1 应急救生系统的任务 502

15.2.2 系统设计中主要考虑的因素 502

15.2.3 系统组成 503

15.2.4 中止飞行及应急救生系统工作模式 505

15.3 “阿波罗”飞船的逃逸救生系统 508

15.3.1 概述 508

15.3.2 逃逸系统的设计要求 509

15.3.3 中止飞行程序 510

15.3.4 发动机 511

15.3.5 鸭式翼系统 514

15.3.6 程序装置系统 515

15.3.7 飞行动力学分析 515

15.3.8 结构 516

15.4.1 待发射段及发射段的应急救生 517

15.4 “神舟”号飞船的应急救生 517

15.3.9 风洞试验 517

15.4.2 运行段及返回段的应急救生 519

参考文献 519

第十六章 载人航天器回收与着陆系统 520

16.1 概述 520

16.1.1 垂直着陆 520

16.1.2 水平着陆 521

16.1.3 现状与发展 521

16.2 回收与着陆系统的任务 523

16.3 回收与着陆系统工作特点和设计原则 523

16.4 回收与着陆系统的组成 524

16.4.1 减速装置 524

16.4.2 着陆缓冲装置 524

16.4.6 标位装置 525

16.4.5 伞舱结构 525

16.4.4 控制装置 525

16.4.3 执行机构 525

16.4.7 漂浮装置 526

16.4.8 扶正装置 526

16.5 减速装置 526

16.5.1 降落伞系统的组成 527

16.5.2 稳定下降速度 527

16.5.3 常用的降落伞伞型 528

16.5.4 降落伞系统的设计 532

16.5.5 开伞冲击载荷和伞衣收口技术 534

16.6 着陆缓冲装置 538

16.6.1 着陆分析 538

16.6.2 压溃或压碎型缓冲装置 539

16.6.3 缓冲气囊 539

16.6.4 着陆反推火箭发动机 540

16.7.2 回收与着陆控制方法和控制仪器 541

16.7 回收与着陆程序的控制 541

16.7.1 基本设计要求 541

16.7.3 载人飞船回收与着陆程序控制实例 542

参考文献 545

第十七章 载人航天器地面测试与故障模拟 546

17.1 载人航天器测试的目的及意义 546

17.2 载人航天器测试方法和手段 546

17.2.1 可测试性分析和设计 546

17.2.2 测试方案 547

17.3 载人航天器测试系统简介 549

17.3.1 地面测试系统 549

17.3.2 电测试系统软件 552

17.3.3 测试系统的安全性和可靠性 553

17.3.4 “神舟”号载人飞船地面综合测试系统的特点 554

17.4 研制过程的地面测试 556

17.4.1 测试阶段划分 556

17.4.2 测试级别 558

17.4.3 “神舟”号载人飞船地面综合测试 560

17.5 载人航天器故障模拟 561

17.5.1 概述 561

17.5.2 故障模拟系统组成 563

17.5.3 故障模拟方法 563

17.5.4 地面故障诊断系统 564

17.5.5 天地一体化故障诊断系统 567

参考文献 567

第十八章 载人航天器环境模拟试验 569

18.1 概述 569

18.1.1 地面试验的重要性 569

18.1.2 力学环境 569

18.1.3 空间环境 570

18.1.4 航天产品等级与试验分类 571

18.2.1 载人航天器结构特点 572

18.2 力学环境模拟试验 572

18.2.2 试验条件 573

18.2.3 试验方法 575

18.2.4 试验设备 579

18.2.5 试验数据处理 584

18.3 真空热环境试验 586

18.3.1 载人航天器真空热试验的特点 586

18.3.2 试验条件 586

18.3.3 试验方法 588

18.3.4 试验设备 589

18.3.5 载人真空热环境试验及其设施 591

参考文献 595

第十九章 载人航天器的可靠性 596

19.1 概述 596

19.1.1 载人航天器可靠性工作的重要意义 596

19.1.2 可靠性与安全性的关系 597

19.1.3 工程研制与生产阶段可靠性主要工作项目 598

19.2 可靠性设计与分析 598

19.2.1 载人航天器可靠性设计分析工作特点 598

19.2.2 可靠性、安全性定性设计分析技术 600

19.2.3 可靠性、安全性定量设计分析技术 607

19.2.4 可靠性、安全性综合设计与分析 616

19.2.5 软件质量与可靠性 617

19.3 可靠性试验技术 620

19.3.1 载人航天器可靠性试验的特点 620

19.3.2 环境应力筛选 620

19.3.3 可靠性增长和增长试验 623

19.3.4 可靠性鉴定与验收试验 626

19.3.5 可靠性试验的综合利用 629

参考文献 629