第1章 空间安全概论 1
1.1 NASA与安全 1
1.2安全与风险 2
1.3管理安全与风险 2
1.4关于本书 3
参考文献 4
第2章 空间环境：自然的和诱导的 5
2.1大气层 5
2.1.1组成 5
2.1.2原子氧 9
2.1.3电离层 11
2.2轨道碎片与流星体 13
2.2.1轨道碎片 13
2.2.2流星体 19
2.3微重力 22
2.3.1微重力定义 22
2.3.2实现方法 24
2.3.3对生物过程和航天员健康的影响 28
2.3.4月球及行星航天的独特方面 29
推荐读物 29
2.4声学 31
2.4.1声学安全问题 31
2.4.2声学要求 31
2.4.3一致性与验证 36
2.4.4结论和建议 37
推荐读物 37
2.5辐射 38
2.5.1电离辐射 38
2.5.2射频辐射 48
推荐读物 51
2.6自然及诱导热环境 52
2.6.1热环境概论 52
2.6.2航天器传热的考虑因素 52
2.6.3自然热环境 53
2.6.4诱导热环境 57
2.6.5月球及行星环境的其他考虑因素 62
2.7综合环境影响 62
2.7.1环境影响概述 62
2.7.2综合环境 63
2.7.3综合影响 63
2.7.4空间仿真地面试验 66
参考文献 67
第3章 生物航天学概述 82
3.1空间生理学 82
3.1.1肌肉系统 82
3.1.2骨骼系统 83
3.1.3心肺系统 84
3.1.4神经前庭系统 85
3.1.5辐射 86
3.1.6营养 86
3.1.7免疫系统 87
3.1.8出舱活动 87
3.2短期及长期飞行任务影响 88
3.2.1肌肉系统 88
3.2.2骨骼系统 89
3.2.3心血管及呼吸系统 90
3.2.4神经系统 90
3.2.5辐射 91
3.2.6营养 92
3.2.7免疫系统 92
3.2.8出舱活动 93
3.3健康保持 93
3.3.1飞行前准备 93
3.3.2飞行途中的措施 95
3.3.3飞行中的医疗监测 102
3.3.4飞行后恢复 104
3.4航天员生存 105
3.4.1航天飞行中的健康威胁概述 105
3.4.2早期工作 106
3.4.3航天员在发射台、发射时及上升期间的生存 106
3.4.4在轨安全避险和航天员转移 110
3.4.5再入、着陆和着陆后 110
3.5结论 112
参考文献 112
第4章 航天安全性的基本原则 123
4.1事故原因 123
4.2基本原则和方法 124
4.2.1危险消除和限制 124
4.2.2屏蔽和互锁装置 125
4.2.3故障安全性设计 125
4.2.4故障与风险最小化 126
4.2.5监测、恢复与规避 127
4.2.6航天员生存系统 127
4.3安全评审流程 127
4.3.1安全性要求 128
4.3.2安全小组 128
4.3.3安全评审 129
4.3.4不合格产品 129
参考文献 130
第5章 适人性设计方案 131
5.1适人性方案的定义 131
5.1.1适人性系统 131
5.1.2 NASA适人性设计及流程 132
5.1.3适人性方案的计划 132
5.1.4 NASA适人性方案的认证流程 133
5.1.5商业载人航天飞行中适人性方案 133
5.2适人性方案的需求和方法 133
5.2.1适人性方案的关键技术要求 134
5.2.2管理要求 135
5.2.3试验要求 136
5.2.4数据需求 137
参考文献 137
第6章 生命保障系统安全性 138
6.1空气调节与控制 140
6.1.1监测是控制的关键 140
6.1.2空气条件 142
6.1.3二氧化碳的清除 145
6.2痕量污染物控制 146
6.2.1紧密结构和航天器舱 146
6.2.2痕量污染物控制方法 148
6.2.3痕量污染物控制设计考虑 153
6.3航天器环境中水质量的评估：缓解健康与安全问题 154
6.3.1与航天飞行相关的水源范围 154
6.3.2航天器水的质量和风险评估样例 155
6.3.3水质监测 158
6.3.4结论和未来方向 160
6.4废物管理 161
6.5生命支持系统概要 161
参考文献 162
第7章 紧急救援系统 166
7.1太空救援 166
7.1.1法律和外交基础 166
7.1.2救援能力的要求 166
7.1.3救援模式和概率 169
7.1.4不同飞行阶段的风险 170
7.1.5历史上发生的故障事件 171
7.1.6历史上的救援系统 172
7.1.7航天救援以自我救援为主 179
7.1.8地面救援的限制 181
7.1.9作为航天救援研究的航天员返回飞行器 183
7.1.10安全救援所 187
7.1.11结论 188
7.2个人保护设备 188
7.2.1个人保护设备的目的 188
7.2.2个人保护设备的类型 188
参考文献 194
第8章 碰撞规避系统 196
8.1对接系统和运行 196
8.1.1对接系统是航天器在轨连接的一种方式 196
8.1.2保证对接安全性和可靠性的设计途径 198
8.1.3俄罗斯对接系统保证安全性和可靠性的设计特点 201
8.1.4俄罗斯对接系统安全性和可靠性完成验证的分析与试验 203
8.2下降与着陆系统 204
8.2.1降落伞系统 205
8.2.2已知的降落伞异常现象和经验教训 214
参考文献 217
第9章 机器人系统安全 219
9.1一般机器人系统 219
9.1.1控制器和操作界面 220
9.1.2臂和关节 220
9.1.3驱动系统 220
9.1.4传感器 220
9.1.5末端执行器 220
9.2空间机器人概述 220
9.3危险及其原因识别 222
9.3.1电路和电子机械故障 223
9.3.2机械和结构故障 223
9.3.3控制路径故障 223
9.3.4操作员失误 223
9.3.5其他危险 223
9.4在设计中减轻危险 223
9.4.1电路和机械设计及其冗余 223
9.4.2操作员失误 224
9.4.3系统健康检查 224
9.4.4紧急拦阻减速 224
9.4.5接近操作 224
9.4.6机内测试 225
9.4.7安全算法 225
9.5通过训练减轻危险 225
9.6减轻操作危险 226
9.7案例研究：了解Canadarm2和空间安全 227
9.7.1 Canadarm2 227
9.7.2照相机 227
9.7.3力矩传感器 228
9.7.4训练 229
9.7.5危险关注和相关危险减轻 230
9.8总结 230
参考文献 231
第10章 流星体和碎片防护 232
10.1风险控制措施 232
10.1.1机动 232
10.1.2防护 236
10.2航天器压力壁损坏的应急维修 241
10.2.1平衡减轻计划的风险 241
10.2.2泄漏定位系统和工作设计考虑 244
10.2.3到达损坏区域的能力 245
10.2.4工具包设计和验证考虑 245
10.2.5航天员对维修后的压力舱进行重新鉴定 245
参考文献 246
第11章 噪声控制设计 248
11.1前言 248
11.2噪声控制计划 248
11.2.1噪声控制策略 248
11.2.2声学分析 250
11.2.3试验和验证 250
11.3噪声控制应用 250
11.3.1噪声源的噪声控制 252
11.3.2路径噪声控制 252
11.3.3在接收空间的噪声控制 256
11.3.4设计后噪声减轻 257
11.4结论和建议 258
推荐读物 258
参考文献 259
第12章 材料的安全性 260
12.1有毒放气 261
12.1.1材料放气控制 261
12.1.2材料测试 262
12.1.3航天器舱段测试 262
12.2应力腐蚀开裂 263
12.2.1什么是应力腐蚀开裂 263
12.2.2应力腐蚀开裂的预防 264
12.2.3材料的应力腐蚀开裂测试 265
12.2.4应力腐蚀开裂的设计 266
12.2.5航天器硬件需求 267
12.2.6推进系统中的应力腐蚀开裂 268
12.3结论 270
参考文献 270
第13章 氧气系统安全 273
13.1氧气压力系统设计 273
13.1.1介绍 273
13.1.2设计方法 275
13.1.3氧气兼容性评估工序 281
13.2氧气发生器 285
13.2.1氧气产生的电气化学系统 285
13.2.2固体燃料氧气发生器（氧烛） 289
参考文献 291
第14章 宇航电子设备安全性 294
14.1宇航电子设备的介绍 294
14.2电气接地与电气连接 295
14.2.1定义电气接地连接的特征 295
14.2.2电流的控制 296
14.2.3电气接地可以是信号返回通路 296
14.2.4在什么位置、如何连接电气接地 296
14.2.5定义电气连接的特征 297
14.2.6电气连接类型 298
14.2.7电气连接的异金属考虑 298
14.2.8屏蔽的电气接地和连接 299
推荐读物 299
14.3安全性关键的计算机控制 300
14.3.1局部计算机控制 300
14.3.2全局计算机控制：故障安全 301
14.4电路保护：熔断 302
14.4.1电路保护方法 302
14.4.2电路保护器 303
14.4.3设计指导 304
14.5静电放电控制 304
14.5.1基本原理 304
14.5.2静电放电考虑的各个阶段 307
推荐读物 310
14.6电弧跟踪 312
14.6.1一个新的失效模式 312
14.6.2电弧跟踪的特性 314
14.6.3电弧跟踪事件的可能性 315
14.6.4电弧跟踪的预防 315
14.6.5危险的防护和管理验证 316
14.6.6小结 316
14.7高电压系统中的电晕控制 316
14.7.1相关环境 317
14.7.2设计原则 317
14.7.3验证和测试 318
推荐读物 319
14.8舱外活动注意事项 319
14.8.1太空中使用的显示器和指示器 319
14.8.2通电电连接器的插拔 320
14.8.3单根线熔点 320
14.8.4电池的移除和安装 322
14.8.5禁止功能的计算机或操作控制 322
14.9飞行器电磁干扰和电磁兼容性控制 322
14.9.1航天应用的电磁兼容性要求 324
14.9.2基本的电磁兼容性作用和安全系数 324
14.9.3任务驱动电磁干扰设计：接地例子 325
14.9.4航天器的电磁兼容性计划 326
14.10安全关键电路的设计与试验 328
14.10.1安全关键电路：传导模式 328
14.10.2安全性关键电路：辐射模式 333
14.11电气危险 336
14.11.1引言 336
14.11.2电击 336
14.11.3生理学考虑 337
14.11.4电气危险分类 338
14.11.5漏电流 338
14.11.6生物仪器 339
14.11.7电气危险控制 339
14.11.8电气危险控制的验证 341
14.11.9电气安全性设计考虑 342
14.12宇航电子设备的经验教训 342
14.12.1电子设计 343
14.12.2物理设计 343
14.12.3资料与来源 344
14.12.4损害避免 344
14.12.5系统方面 344
参考文献 345
第15章 软件系统安全 347
15.1简介 347
15.2软件安全问题 347
15.2.1系统事故 347
15.2.2与物理设计分离的作用和限制 348
15.2.3软件可靠性和安全 350
15.2.4系统工程存在问题 352
15.2.5嵌入式软件的特点 353
15.3目前的实践 354
15.3.1系统安全性 355
15.4最佳实践 357
15.4.1软件密集型、安全关键项目的管理 357
15.4.2基本的系统安全工程实践及其对软件密集型系统的意义 358
15.4.3规范 359
15.4.4需求分析 360
15.4.5基于模型的软件工程和软件重复使用 361
15.4.6软件架构 361
15.4.7软件设计 362
15.4.8人机交互设计 364
15.4.9软件评审 365
15.4.10验证和保证 366
15.4.11操作 366
15.5小结 367
参考文献 367
第16章 电池组安全性 370
16.1介绍 370
16.2通用设计和安全性规范 370
16.3电池组类型 371
16.4电池模型 371
16.5危险与毒性分类 371
16.6电化学 371
16.6.1碱性电池 371
16.6.2锂电池 373
16.6.3银锌电池 382
16.6.4铅酸蓄电池 384
16.6.5镉镍蓄电池 385
16.6.6镍金属氢化物电池 386
16.6.7氢镍蓄电池 389
16.6.8锂离子蓄电池 391
16.7电池的贮存、运输和处理 398
参考文献 398
第17章 机械系统安全 404
17.1安全系数 404
17.1.1安全系数类型 405
17.1.2安全系数是载人航天项目评估所特有的 405
17.1.3影响安全系数选择的因素 405
17.2航天器结构 406
17.2.1机械需求 407
17.2.2空间任务环境和机械载荷 408
17.2.3项目总评：继承性设计和结构需求的反复验证 409
17.2.4分析评估 411
17.2.5结构的试验验证 411
17.2.6航天器结构建模原理 412
17.2.7材料和工艺 413
17.2.8航天器结构的制造 414
推荐读物 415
17.3断裂控制 416
17.3.1基本需求 416
17.3.2执行 416
17.3.3小结 417
17.4压力容器、管路和接头 417
17.4.1压力容器 417
17.4.2管路和接头 421
17.4.3空间压力系统标准 422
17.4.4小结 422
17.5复合物编织压力容器 422
17.5.1复合物编织压力容器系统 422
17.5.2整体式金属压力容器的失效模式 423
17.5.3复合物编织压力容器失效模式 424
17.5.4复合物编织压力容器冲击敏感度 425
17.5.5小结 426
17.6考虑空间系统安全的玻璃和陶瓷组件结构设计 426
17.6.1玻璃和陶瓷的强度特征 426
17.6.2定义载荷和环境 430
17.6.3设计系数 431
17.6.4满足玻璃和陶瓷的寿命要求 432
17.7安全危险机构 433
17.7.1失效容差设计 433
17.7.2安全危险机构的设计和验证 435
17.7.3减小的失效容差 441
17.7.4安全危险机构的评审 441
参考文献 442
第18章 有害材料的控制策略 445
18.1有毒材料 446
18.1.1毒理学基础 446
18.1.2空间飞行中的空气质量毒物学风险 449
18.1.3风险管理办法 452
18.2生物有害材料 454
18.2.1与航天有关的微生物危险 454
18.2.2风险减缓办法 455
18.2.3主要的空间飞行特殊微生物危险 456
18.3易碎材料 461
18.3.1居住区内的易碎材料 462
18.3.2计划实施 462
18.3.3内部设备的防护方案 463
18.3.4外部设备的防护概念 465
18.3.5关于利用易碎材料工作的常规注释 466
18.4防护设计措施 467
18.4.1故障容差 467
18.4.2最小风险设计 467
18.5防护设计方法 467
18.5.1防护环境 467
18.5.2防护系统的设计 468
18.6安全控制 470
18.6.1合理设计 470
18.6.2材料选择 470
18.6.3材料兼容性 470
18.6.4合适的工艺 470
18.6.5合适的装载和填充 470
18.6.6断裂控制 471
18.7安全验证 471
18.7.1强度分析 471
18.7.2鉴定试验 471
18.7.3验收试验 472
18.7.4安全测试 473
18.7.5程序鉴定 473
18.8结论 473
参考文献 474
第19章 故障容差设计 478
19.1安全 478
19.1.1优先顺序 478
19.2危险 479
19.2.1危险控制手段 479
19.2.2故障容差设计 480
19.3危险功能 481
19.3.1禁止工作的危险功能 481
19.3.2必须工作的危险功能 481
19.4最小风险设计 482
19.5结论 482
参考文献 483
第20章 推进系统安全 484
20.1固体推进剂推进系统安全 484
20.1.1固体推进剂 485
20.1.2航天领域的固体推进系统 486
20.1.3安全性危险 486
20.1.4操作、运输和贮存 490
20.1.5意外点火 490
20.1.6安全点火系统设计 491
20.1.7结论 492
20.2液体推进剂推进系统安全 492
20.2.1计划 493
20.2.2密封装置完整性 494
20.2.3热控制 495
20.2.4材料兼容性 495
20.2.5污染控制 495
20.2.6环境因素 495
20.2.7发动机和推力器点火限制 496
20.2.8风险增加（风险渐变） 496
20.2.9仪器与遥测数据 497
20.2.10端对端集成仪器、控制和冗余验证 497
20.2.11鉴定 497
20.2.12全面质量管理（ISO9001或类似标准） 498
20.2.13保持完整性验证 498
20.2.14推进剂加注 498
20.2.15 结论 498
20.3自燃推进剂 499
20.3.1材料兼容性 499
20.3.2材料性能下降 499
20.3.3自燃推进剂分解 500
20.4推进剂点火 501
20.4.1肼和甲肼蒸气 501
20.4.2液体肼和甲肼 503
20.4.3肼和甲肼薄雾、雾滴和喷雾 504
参考文献 504
第21章 火工品安全 509
21.1火工品装置 509
21.1.1炸药 509
21.1.2起爆器 509
21.2电子爆炸装置 510
21.2.1安全操作电子爆炸装置 510
21.2.2安全电子爆炸装置操作设计 512
21.2.3机械点火爆炸装置的火工品安全 513
参考文献 515
第22章 舱外活动安全 516
22.1舱外活动环境 516
22.1.1定义 516
22.1.2舱外活动航天服 517
22.1.3感觉退化 519
22.1.4移动和无重状态 519
22.1.5手套限制 519
22.1.6航天员疲劳 520
22.1.7热环境 520
22.1.8舱外活动工具 520
22.2航天服危险 520
22.2.1无意中接触危险 520
22.2.2导致危险的范围 522
22.3航天员危险 523
22.3.1居住环境污染 523
22.3.2热限值 523
22.3.3激光机动装置 524
22.3.4电击和熔化金属 524
22.3.5滞留 525
22.3.6紧急返回 525
22.3.7碰撞 525
22.3.8航天员意外伤亡 526
22.4结论 527
参考文献 527
第23章 紧急事件、警告和预警系统 528
23.1系统概述 528
23.2 NASA历史上的紧急事件、警告和预警系统 528
23.3紧急事件、警告和预警系统措施 529
23.3.1事件分类措施 529
23.3.2传感器措施 530
23.3.3数据系统措施 531
23.3.4警示措施 531
23.4故障隔离和恢复 533
参考文献 533
第24章 激光安全 534
24.1背景 534
24.1.1光学频谱 534
24.1.2生物效应 534
24.2激光的特性 535
24.2.1激光原理 536
24.2.2激光类型 537
24.3激光标准 538
24.3.1 NASA约翰逊航天中心要求 538
24.3.2 ANSI标准Z136-1 538
24.3.3俄罗斯标准 539
24.4空间中使用的激光 539
24.4.1雷达 539
24.4.2照明 540
24.4.3敏感器 540
24.5关于激光安全的设计考虑 540
24.5.1地面测试 540
24.5.2独特的空间环境 541
24.6结论 542
参考文献 542
第25章 航天员安全培训：综合性过程 544
25.1航天员安全培训 544
25.1.1典型培训流程 544
25.1.2培训阶段的安全培训原则 549
25.1.3不同类型设备的特定安全培训 551
25.1.4不同操作的安全训练 556
25.2培训期间的安全性 563
25.2.1概述 563
25.2.2培训、测试或基线数据收集模型VS飞行模型：种类，保真度，资源，来源以及类别 563
25.2.3培训环境和设施 566
25.2.4培训模型、试验模型和安全要求 572
25.2.5训练模型、测试模型和基线数据收集设备使用要求 582
25.2.6训练人员资格的鉴定和认证 584
25.2.7训练和测试模型文件 584
25.3训练开发和验证过程 588
25.3.1训练开发过程 588
25.3.2训练评审过程 589
25.3.3训练开发和验证过程中安全的作用 590
25.3.4根据训练开发和验证过程给安全部门的反馈 593
25.4结论 594
参考文献 595
第26章 对地面环境的安全考虑 596
26.1如何理解“地面保障设备” 596
26.2文件和评审 596
26.3任务和责任 597
26.4应急计划 597
26.5故障容许误差 597
26.6训练 598
26.7危险操作 598
26.8工具 599
26.9人为因素 599
26.10生物系统和物质 600
26.11电力 600
26.12辐射 600
26.13压力系统 601
26.14火工品 601
26.15 机械和机电设备 602
26.16推进剂 602
26.17低温学 602
26.18氧气 602
26.19地面装运 603
26.20软件安全 603
26.21小结 603
第27章 防火安全 604
27.1火在太空中的特征 604
27.1.1低重力燃烧综述 604
27.1.2燃料和氧化剂供给及火焰特性 605
27.1.3火的外观和特征 606
27.1.4火焰燃烧和延燃 608
27.1.5低重力环境下火焰燃烧特性的总结 615
27.2防火设计 616
27.2.1材料的可燃性 616
27.2.2点燃源 620
27.3航天器失火探测 622
27.3.1先前航天器上的失火探测 622
27.3.2低重力烟概述 624
27.3.3航天器大气尘埃 625
27.3.4失火探测传感器 625
27.4航天器灭火 628
27.4.1航天器灭火方法 628
27.4.2航天器灭火注意事项 630
参考文献 638
第28章 有效载荷安全 646
第29章 侧重于设计的概率风险评估 649
29.1概率风险评估的基本元素 649
29.1.1触发事件的识别 649
29.1.2事件顺序图和事件树的应用 650
29.1.3关键事件建模 651
29.1.4事故场景的关联与量化 652
29.2面向设计评估的概率风险评估的构建 653
29.2.1概率风险评估的使用 653
29.2.2基准任务 653
29.3相对风险评估 656
29.3.1绝对风险评估与相对风险评估的对比 656
29.3.2相对风险评估在设计评估中的作用 657
29.3.3定量评估 658
29.4备选设计方案的相对风险评估 659
29.4.1已开发的概率风险评估模型概述 660
29.4.2备选设计方案的相对风险对比 661
参考文献 664