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