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第1章 绪论 1

1.1 航空与航天的基本概念 1

1.1.1 航空 1

1.1.2 航天 2

1.1.3 航空与航天的联系 3

1.2 航空飞行器的过去与现在 3

1.2.1 人类早期的飞行梦 4

1.2.2 人类早期的飞行活动 4

1.2.3 早期的飞机 6

1.2.4 从飞机雏形到现代飞机 8

1.2.5 喷气式飞机的出现 11

1.3 飞行器的分类 14

1.3.1 航空器 15

1.3.2 航天器 18

1.4 航天系统 22

1.5 空间资源 22

思考题 23

第2章 飞机飞行原理 24

2.1 气体流动规律 24

2.1.1 相对运动原理 24

2.1.2 连续性方程 25

2.1.3 伯努利定理 26

2.1.4 气流的高、低速流动特性 27

2.2 飞机飞行中的空气动力 29

2.2.1 平板上的升力和阻力 29

2.2.2 机翼升力及增升措施 31

2.2.3 飞机所受阻力及减阻方法 34

2.3 飞机高速飞行特性 38

2.3.1 激波及其阻力 38

2.3.2 局部激波 42

2.3.3 超声速飞机外形及其特点 43

2.3.4 超声速飞行的“音爆”与“热障”现象 52

思考题 53

第3章 飞机的飞行性能 54

3.1 飞机的主要性能指标 54

3.1.1 飞行速度 54

3.1.2 飞行距离 54

3.1.3 飞行高度 55

3.1.4 起飞着陆 55

3.2 飞机的机动性 57

3.2.1 盘旋 57

3.2.2 筋斗 58

3.2.3 俯冲 58

3.2.4 跃升 59

3.2.5 战斗转弯 59

3.3 飞机的操纵性和稳定性 59

3.3.1 飞机操纵特性 59

3.3.2 飞机的稳定性 61

思考题 64

第4章 直升机 66

4.1 概述 66

4.1.1 直升机的起源 66

4.1.2 直升机的发展 66

4.2 直升机旋翼工作原理 68

4.3 直升机的布局形式和分类 68

4.3.1 单旋翼直升机 69

4.3.2 双旋翼直升机 69

4.4 直升机操纵机构及操稳特性 71

4.4.1 直升机的操纵机构 71

4.4.2 直升机的操纵性和稳定性 73

4.5 直升机的飞行性能和特点 73

4.5.1 直升机的飞行性能 73

4.5.2 直升机飞行特点 74

4.6 直升机的应用和现状 75

4.6.1 军用直升机的应用和现状 75

4.6.2 民用直升机的应用和现状 79

4.6.3 新型直升机 81

思考题 83

第5章 航天之路 84

5.1 文化艺术与人类航天 84

5.1.1 文化艺术对早期航天的影响 84

5.1.2 艺术和科学的联合 90

5.2 进入航天时代 93

5.3 航天早期试图探索的问题 98

5.4 第一批航天员 101

5.4.1 美国的第一批宇航员 102

5.4.2 苏联的第一批宇航员 103

5.4.3 第一个进入太空的宇航员 104

5.4.4 美国的第一个太空人 109

5.5 中国的航天之路 111

5.5.1 我们也要搞人造卫星 111

5.5.2 前所未有的科技攻关 112

5.5.3 卫星上天 117

思考题 118

第6章 航天之父 120

6.1 世界航天之父 120

6.1.1 康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（1857—1935） 120

6.1.2 罗伯特·戈达德（1882—1945） 123

6.1.3 埃斯诺·贝尔特利（1881—1957） 125

6.1.4 赫尔曼·奥伯特（1894—1989） 127

6.1.5 西奥多·冯·卡门（1881—1963） 128

6.1.6 谢尔盖·科罗廖夫（1907—1966） 130

6.1.7 韦纳·冯·布劳恩（1912—1977） 131

6.2 中国航天之父——钱学森 134

思考题 136

第7章 登月三部曲 137

7.1 “水星”计划 137

7.1.1 航天员谢泼德、格里森和格伦 139

7.1.2 航天员卡彭特、施艾拉和库勃 140

7.1.3 “水星”计划结束 142

7.2 “双子星”计划 142

7.2.1 “双子星”第一次载人飞行 144

7.2.2 美国第一次太空行走 144

7.2.3 长时间太空飞行试验 145

7.2.4 “轨道双子” 145

7.2.5 在轨遇到的问题 147

7.2.6 最后的任务 148

7.3 “阿波罗”计划 149

7.3.1 着陆演习 150

7.3.2 “雄鹰”着陆 152

7.3.3 “休斯顿，我们出问题了” 153

7.3.4 后续四次登月任务 153

思考题 156

第8章 火箭与导弹 157

8.1 火箭与导弹的区别 157

8.2 火箭的组成及各部分的功能 158

8.2.1 有效载荷 158

8.2.2 箭体结构 158

8.2.3 推进系统 160

8.2.4 控制系统 160

8.2.5 初始对准系统 161

8.2.6 安全系统 162

8.2.7 遥测系统 163

8.2.8 外弹道测量系统 163

8.3 导弹的分类 164

8.4 导弹的组成及功用 164

8.4.1 推进系统 164

8.4.2 制导系统 171

8.4.3 战斗部 184

8.4.4 弹体 191

8.4.5 弹上电源 193

思考题 194

第9章 航天器飞行原理 195

9.1 太空飞行与大气层内飞行的区别 195

9.2 开普勒定律和宇宙速度 195

9.2.1 开普勒三大定律 195

9.2.2 三大宇宙速度 196

9.3 轨道基础 196

9.3.1 航天器圆周轨道 197

9.3.2 卫星轨道周期 198

9.3.3 轨道平面倾角 199

9.4 椭圆轨道 200

9.5 卫星轨道的数学模型 200

9.5.1 卫星圆轨道的数学模型 200

9.5.2 椭圆轨道 201

思考题 202

第10章 航天器轨道和太空机动 204

10.1 空间几何学的限制 204

10.1.1 卫星相对地球表面的运动 204

10.1.2 卫星的仰角 205

10.1.3 地面覆盖区域（可见区域） 207

10.1.4 通信卫星信号传输时间 209

10.2 一般轨道 209

10.2.1 低轨道 209

10.2.2 中高度圆形地球轨道 210

10.2.3 Molniya轨道 211

10.2.4 Tundra轨道／冻土带轨道 211

10.2.5 地球同步轨道 211

10.2.6 太阳同步轨道 212

10.2.7 拉格朗日点 213

10.3 卫星仰角与地面覆盖范围的关系 214

10.3.1 卫星仰角 214

10.3.2 卫星的覆盖区 214

10.4 卫星的机动 215

10.4.1 在同一轨道面内的机动 216

10.4.2 改变轨道形状 216

10.4.3 改变圆形轨道的高度 217

10.4.4 改变轨道周期 218

10.4.5 在同一轨道面内改变卫星的相对位置 218

10.4.6 改变轨道面的机动 219

10.4.7 改变轨道倾角的机动 219

10.4.8 匀速旋转轨道面 221

10.4.9 卫星脱离轨道的机动 221

10.4.10 再入加热效应 223

10.4.11 轨道保持 223

10.5 太空机动技术细节 224

10.5.1 改变轨道形状的机动 224

10.5.2 圆形轨道之间的机动 225

10.5.3 改变卫星的轨道周期 225

10.5.4 改变轨道倾角 226

10.5.5 保持轨道倾角转动轨道面 226

10.5.6 基本的旋转 226

10.5.7 脱轨机动 226

10.5.8 轨道保持 227

思考题 227

第11章 航天器系统 228

11.1 航天器基本设计方法 228

11.2 航天器的设计过程 230

11.3 航天器工程：最终设计极限 231

11.4 航天器总体实例 232

11.4.1 通信卫星 232

11.4.2 遥感卫星 233

11.4.3 天文观测 234

11.4.4 行星探索 235

11.5 推进系统 235

11.5.1 轨道转移 235

11.5.2 轨道和姿态控制 236

11.5.3 航天器推进技术 237

11.6 电源子系统 239

11.7 通信子系统 243

11.8 星上数据管理系统 246

11.9 热控系统 247

11.10 结构子系统 251

思考题 253

第12章 航天器姿态控制 255

12.1 ACS的主要任务及功能 255

12.2 ACS的工作原理 256

12.3 姿态控制的技术手段 258

12.3.1 被动式 258

12.3.2 主动式 259

12.3.3 混合式 259

12.3.4 三轴稳定 260

12.4 姿态控制系统的部件 260

12.4.1 力矩控制闭环回路 260

12.4.2 推进器 260

12.4.3 磁力矩器 261

12.4.4 反作用轮 262

12.5 小结 263

思考题 263

第13章 航天测控网 264

13.1 概述 264

13.2 航天测控网的组成 265

13.3 航天测控网的分类及系统特点 265

13.3.1 航天测控网的分类 265

13.3.2 航天测控网的特点 266

13.4 工作原理 266

13.5 测控网的节点 266

13.5.1 陆地测控 267

13.5.2 海洋测控 268

13.5.3 飞机测控 269

13.5.4 天基测控 270

13.6 中国航天测控能力已经延伸至月球 271

思考题 272

第14章 航天飞机 273

14.1 美国航天飞机简介 273

14.1.1 美国航天飞机机队 273

14.1.2 “企业”号（Enterprise）航天飞机 273

14.1.3 “哥伦比亚”号（Columbia）航天飞机 273

14.1.4 “挑战者”号（Challenger）航天飞机 274

14.1.5 “发现”号（Discovery）航天飞机 274

14.1.6 “亚特兰蒂斯”号（Atlantis）航天飞机 274

14.1.7 “奋进”号（Endeavour）航天飞机 275

14.1.8 美国航天飞机和俄罗斯的“暴风雪”号航天飞机的比较 275

14.2 航天飞行概述 277

14.3 航天飞机的组成 279

14.4 在太空飞行的航天飞机 281

14.5 在太空中生活 282

14.6 外挂燃料箱 283

14.7 固体火箭推进器 284

14.8 装配与运输过程 286

14.9 倒计时起飞 288

14.10 航天飞机的用途 289

14.11 航天飞机上的机器臂 290

14.12 航天飞机的飞行过程 293

14.12.1 航天飞机上升阶段 294

14.12.2 航天飞机入轨阶段 295

14.12.3 轨道运行阶段 296

14.12.4 离轨阶段 296

14.12.5 再入与着陆阶段 297

14.13 航天飞机与载人飞船的区别 298

思考题 300

第15章 空间碎片 302

15.1 空间碎片的来源 302

15.2 空间碎片的分布 304

15.3 空间碎片的危害 306

15.3.1 空间碎片的分类 306

15.3.2 空间碎片对航天器的危害 306

15.4 空间碎片的观测 307

15.5 空间碎片的清理 307

15.5.1 清理现有空间碎片的原则和要求 307

15.5.2 对将来发射卫星的碎片清理原则和要求 308

15.5.3 清理空间碎片的方法 309

15.6 各国空间碎片清理方案实例 313

15.6.1 瑞士：“清洁太空”一号 314

15.6.2 日本：太空渔网 315

15.6.3 美国：五花八门的手段 316

思考题 317

第16章 空间望远镜 318

16.1 望远镜的历史 318

16.1.1 折射式望远镜 318

16.1.2 反射式望远镜 319

16.1.3 射电望远镜 321

16.1.4 空间望远镜 322

16.2 “哈勃”空间望远镜简介 323

16.3 “哈勃”空间望远镜的组成 325

16.3.1 光学部件 325

16.3.2 保障系统 326

16.3.3 科学仪器 327

16.4 “哈勃”空间望远镜的成就 327

16.4.1 黑洞的存在 328

16.4.2 星系的演化 328

16.4.3 暗能量的存在 329

16.4.4 精确测定宇宙的膨胀速度 330

16.4.5 太阳系外行星采样 331

16.4.6 其他各项成就 332

16.5 “哈勃”空间望远镜的五次太空维修 334

16.5.1 第一次维修：矫正近视 334

16.5.2 第二次维修：更新设备 335

16.5.3 第三次维修：休眠复苏 337

16.5.4 第四次维修：心脏手术 337

16.5.5 第五次维修：最后一次 338

思考题 340

第17章 新概念航天器 342

17.1 机器航天员 342

17.1.1 简介 342

17.1.2 机器航天员的先进性 343

17.1.3 机器航天员的初期试验 346

17.1.4 R2的应用模式与未来 348

17.2 小卫星及其编队飞行 350

17.2.1 现代小卫星的分类及发展模式 350

17.2.2 现代小卫星发展的若干问题分析 351

17.2.3 星群飞行的技术特征与模式 353

17.2.4 未来展望 355

17.3 捕获小行星的航天器 355

17.3.1 项目背景概述 355

17.3.2 捕获小行星的任务规划 356

17.3.3 目标小行星 356

17.3.4 航天器总体设计方案 357

17.3.5 小结 359

17.4 模块化分离卫星 359

17.4.1 模块化分离卫星的产生和目的 359

17.4.2 模块化分离卫星的研制计划和技术特征分析 360

17.5 未来NASA的群卫星系统分析与展望 362

17.5.1 群智能技术 362

17.5.2 群卫星系统 363

17.5.3 ANTS系统的载荷配置及体系结构 365

17.5.4 小结 365

思考题 366

参考文献 367