第1章 引言 1
第2章 历史和发展现状 7
2.1空间站的设想、方案和早期设计（1865—1957） 7
2.2美国空间站的研究（1957—1985）及天空实验室 12
2.3苏联及俄罗斯空间站：礼炮号和和平号 29
2.4欧洲的空间实验室和美国的空间居住舱 36
2.4.1欧洲的空间实验室项目 36
2.4.2美国的空间居住舱 46
2.5从和平号空间站到国际空间站（1994—2004） 54
2.5.1第一阶段（1994—1998）：和平号空间站进一步扩大和运行 55
2.5.2第二阶段（1998 —2000）：国际空间站开始组装 59
2.5.3第三阶段（2000 —2004）：国际空间站的运行和发展 63
2.5.4国际空间站概述 64
2.6空间站比较 71
第3章 轨道环境 73
3.1引力场 74
3.1.1从中心体发出的远距离引力场 74
3.1.2靠近中心体的引力场 75
3.2磁场 77
3.2.1地球磁场 77
3.2.2太阳磁场 80
3.3放射性辐射 82
3.3.1基本原理 82
3.3.2太阳源的低能粒子——太阳风 83
3.3.3太阳源的高能粒子——太阳耀斑 84
3.3.4银河系源粒子 84
3.3.5地球磁场内的辐射带 85
3.3.6辐射对材料及人体器官的影响 87
3.3.7防护措施 90
3.4电磁辐射 93
3.4.1银河系射频噪声 94
3.4.2太阳辐射 94
3.4.3太阳辐射压力 96
3.4.4反照辐射 97
3.4.5热辐射 99
3.5自然辐射源和其他辐射源 99
3.6大气层 101
3.6.1组成成分 101
3.6.2原子氧 107
3.7电离层 109
3.7.1电离层模型 110
3.7.2电离层的变化 110
3.7.3电离层无线电波的状况 111
3.8固体物质 112
3.8.1流星体 112
3.8.2分散通量 114
3.8.3流星雨 115
3.8.4空间碎片 116
3.8.5空间碎片的产生 117
3.8.6空间碎片的发展及引起的风险 120
3.8.7防止空间碎片的产生及对空间站的意义 122
3.9诱发环境——污染 126
3.9.1分子沉积 126
3.9.2分子纵向密度 127
3.9.3粒子释放 128
第4章 环境控制与生命保障系统 132
4.1环境控制与生命保障系统：航天员的环境保护 132
4.1.1生理边界条件 132
4.1.2新陈代谢边界条件 136
4.1.3附加边界条件 137
4.2环境控制与生命保障系统的任务 137
4.2.1综述和分类 137
4.2.2大气管理 139
4.2.3水管理 156
4.2.4废物管理 165
4.2.5食物供给 166
4.2.6航天员安全性 167
4.3生物再生式环境控制与生命保障系统展望 168
4.3.1生物圈研究 170
4.3.2单独生物部分 171
4.4总结 173
第5章 电源和热控系统 176
5.1电源供给 177
5.1.1空间站特性 178
5.1.2能源和存储系统 179
5.2技术 184
5.2.1光伏太阳能发电机 184
5.2.2太阳能动力系统 196
5.2.3阴影期间对太阳能动力系统的影响 200
5.2.4光伏系统和太阳能动力系统的比较 204
5.2.5能量分配和管理 207
5.3全部系统的实例 211
5.4热控系统的任务 216
5.5热控系统 221
5.5.1被动热控系统 221
5.5.2主动热控系统 223
5.5.3热控系统硬件的性能和技术数据 227
5.5.4热控系统设计的边界条件 229
5.5.5散热器 231
5.6系统实例 235
5.7国际空间站的热控系统 236
5.7.1被动热控系统 236
5.7.2主动热控 239
第6章 姿态和轨道控制系统 247
6.1姿态和轨道控制问题 247
6.2扰动 249
6.2.1气动阻力 250
6.2.2气动力矩 253
6.2.3重力梯度 254
6.2.4运行影响 257
6.3飞行策略 258
6.3.1姿态控制策略 258
6.3.2轨道控制策略 265
6.4推进系统技术 272
6.4.1推力器 273
6.4.2控制力矩的产生 277
6.4.3敏感器 282
6.5总体系统 283
第7章 应用 286
7.1环境条件和应用学科 286
7.1.1失重和微重力 287
7.1.2真空 291
7.1.3空间辐射 292
7.1.4应用学科的概述 293
7.2物理学和材料科学 296
7.2.1可用于未来研究的成果和领域 296
7.2.2国际空间站的前景 318
7.3生命科学和生物技术 319
7.3.1取得的成果和未来研究的领域 319
7.3.2强调生命科学领域的进一步研究 329
7.4空间科学 333
7.4.1空间科学的典型学科：天体物理学和辐射物理学 333
7.4.2国际空间站给空间科学提供了哪些有益途径？ 337
7.5对地观测 339
7.5.1空间站能给对地观测带来什么？ 339
7.5.2从国际空间站进行对地观测 340
7.5.3气象学 341
7.5.4生态学 341
7.6工程科学和技术的发展 343
7.6.1验证新的技术 344
7.6.2系统和组件研发的例子 344
7.7工业和商业应用前景 348
7.7.1应用的潜在领域 348
7.7.2流体和材料科学 349
7.7.3生物技术和医药 350
7.7.4工业应用 351
第8章 微重力 353
8.1微重力的位置优势 353
8.2获取微重力的途径 356
8.2.1落塔 356
8.2.2抛物线飞行 358
8.2.3探空火箭 359
8.2.4空间舱 360
8.2.5飞行机会 361
8.2.6航天飞机货架卫星 363
8.2.7欧洲可回收平台 363
8.2.8空间实验室 364
8.2.9空间站 365
8.2.10飞行方式比较 366
8.3空间站上的摄动加速度 368
8.3.1空气阻力 369
8.3.2潮汐力 370
8.3.3 g抖动 375
8.3.4太阳辐射光压 380
8.4摄动补偿和悬浮 381
第9章 系统工程 387
9.1航天项目的生命周期 387
9.1.1 0阶段 389
9.1.2 A阶段—可行性 391
9.1.3 B阶段—初步定义 391
9.1.4 C阶段—详细定义 391
9.1.5 D阶段—生产/地面鉴定试验 392
9.1.6 E阶段—使用 392
9.1.7 F阶段—处置 392
9.2方案设计问题 393
9.2.1“模糊”问题表达 393
9.2.2系统元素间很强的相互依赖性 394
9.2.3方案设计决策中的预先确定特性 396
9.2.4极端边界条件 397
9.3方案设计的方法与工具 398
9.3.1方案设计方法论 399
9.3.2系统元素特征化 406
9.3.3方案设计工具 420
9.4空间站体系 425
9.4.1概念开发小组和“自由”方案 425
9.4.2和平号空间站结构 430
9.4.3哥伦布自由飞行实验室 431
9.4.4国际空间站 432
第10章 协同 435
10.1术语和概念 435
10.2分系统联接 436
10.3系统平衡 438
10.4协同联接实例 440
10.4.1非完整系统 442
10.4.2用于能量存储的再生燃料电池 446
10.4.3用于污染物过滤的再生燃料电池 450
10.4.4电解生产推进剂 454
10.4.5安全性与可靠性 456
10.5总结 457
第11章 人的因素 459
11.1术语和历史发展 460
11.2空间中的人 462
11.2.1中性姿势 462
11.2.2平衡觉损伤 463
11.2.3体液转移 464
11.2.4 肌肉萎缩 464
11.2.5脱钙 464
11.3人因工程 465
11.3.1组织和集成 465
11.3.2人因工程的方法 466
11.3.3人因工程支持的方式 470
11.4工作站设计 475
11.4.1人体测量范围 475
11.4.2身体限制 475
11.5可居住性和乘员表现 482
11.6航天员选择 485
11.6.1航天员任务和职责 485
11.6.2挑选标准 486
11.6.3淘汰标准 488
11.6.4挑选流程 489
第12章 后勤、通信和运行 491
12.1后勤 491
12.1.1运输要求 492
12.1.2发射系统及运输能力 497
12.1.3自动转移飞行器 498
12.1.4返回飞行器 504
12.1.5舱外活动 506
12.2数据和通信系统 508
12.2.1数据管理系统 509
12.2.2空间站的传输路径 510
12.2.3分布式数据系统 513
12.2.4无线通信系统设计 519
12.2.5天线 523
12.2.6调制和编码 526
12.2.7跟踪与数据中继卫星系统 529
12.2.8国际空间站的数据和通信系统 531
12.3自动化和维护 532
12.3.1空间站上的有效载荷运行 532
12.3.2基于维护和修理的有效载荷设计 535
12.3.3有效载荷操作的自动化 536
12.3.4测试和确认 543
12.3.5小结 544
12.4遥科学 544
12.4.1航天员时间——重要资源 545
12.4.2遥操作和遥呈现 547
第13章 国际空间站 551
13.1空间站和任务要素 551
13.1.1国际空间站的特点 552
13.1.2国际空间站的逐步组装 555
13.1.3任务特点 556
13.2增压舱段和有效载荷结构 558
13.2.1美国实验舱 559
13.2.2哥伦布轨道设施 561
13.2.3日本实验舱 565
13.2.4俄罗斯实验舱 565
13.3外部有效载荷的安置 567
13.3.1美国综合桁架体结构 567
13.3.2日本实验舱暴露设施 569
13.3.3俄罗斯外部有效载荷固定位置 569
13.3.4空间站外部机器人系统 570
13.3.5外部环境监测 572
13.4运输系统和后勤集装箱 572
13.4.1微型加压后勤舱 574
13.4.2非加压后勤运载器 576
13.4.3日本实验后勤舱 576
13.4.4自动转移飞行器 576
13.5有效载荷和有效载荷选择 576
13.5.1典型有效载荷：实验设施和实验设备 576
13.5.2一级有效载荷的选择和用户 578
13.5.3商业用户的准入 581
13.5.4应用计划 582
13.5.5空间站应用的国际协调 584
13.5.6从方案设计到鉴定 585
13.5.7开发支持 587
13.5.8用户支持和运行中心 588
13.5.9从地面验证到发射 590
13.5.10实验器材的实施情况：从在轨安装到往地面送回数据 592
13.6国际空间站应用的准备 595
13.6.1现行美国国家航空航天局和欧洲空间局早期应用计划 595
13.6.2早期应用阶段的欧洲设施 597
13.6.3欧洲空间局在早期应用阶段的准备 600
13.6.4初期应用阶段的欧洲应用计划 609
13.6.5常规阶段和用户付费 610
13.6.6未来有效载荷的准备 613
参考文献 615
术语汇编 642