第一章 载人航天技术发展概况 1
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
1.1.3 载人空间站航天系统的内容 2
1.1.4 载人航天器的组成 3
1.2 载人航天发展概况 3
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 9
1.3.1 “国际空间站”的建成与运营 9
1.3.2 载人行星探测 11
参考文献 11
第二章 载人航天系统与航天器总体设计 12
2.1 概述 12
2.2 载人飞船航天系统 12
2.2.1 载人飞船系统 12
2.2.2 运载火箭系统 12
2.2.3 航天员系统 15
2.2.4 发射场系统 15
2.2.5 着陆场系统 16
2.2.6 测控与通信系统 16
2.2.7 应用系统 18
2.3 载人飞船总体设计 18
2.3.1 载人飞船的设计依据 18
2.3.2 飞船总体设计的一般原则 20
2.3.3 飞船的构型和总体布局及总体参数 21
2.3.4 飞船总体指标的确定与分配 27
2.3.5 飞船的分系统配置 28
2.3.6 飞船的气动力设计 28
2.3.7 飞船的轨道设计和飞行程序 29
参考文献 34
第三章 载人航天器轨道动力学 35
3.1 概述 35
3.2 轨道动力学基础 35
3.3 地月转移轨道 37
3.3.1 概述 37
3.3.2 限制性四体问题 37
3.3.3 限制性三体问题 38
3.4 相对运动方程 39
3.4.1 坐标系 39
3.4.2 物理量符号定义 40
3.4.3 绝对空间的相对加速度 41
3.4.4 轨道坐标系角速度及角加速度 41
3.4.5 相对运动方程 42
3.4.6 线性化相对运动方程的解 43
3.4.7 非线性相对运动方程的解 43
3.5 空间交会策略 47
3.5.1 目标航天器轨道 47
3.5.2 脉冲推力轨道交会 48
3.5.3 小推力轨道交会 49
3.6 返回运动方程 51
3.6.1 概述 51
3.6.2 坐标系与气动力分量 51
3.6.3 一般返回运动方程 54
3.6.4 配平攻角飞行的运动方程 58
3.7 绳系系统动力学 59
3.7.1 载人航天器与绳系系统 59
3.7.2 绳系系统动力学特性 59
3.7.3 绳系系统的运动 61
3.7.4 绳系系统的控制 63
3.7.5 绳系系统运动方程 66
参考文献 69
第四章 航天员 71
4.1 概述 71
4.2 人在航天中的任务和作用 72
4.3 航天员分类 73
4.4 航天员选拔训练 73
4.4.1 航天员选拔 73
4.4.2 航天员训练 75
4.5 航天员医学监督与医学保障 79
4.5.1 航天员医学监督 80
4.5.2 航天员医学保障 80
4.6 航天环境医学 82
4.6.1 失重生理效应与防护 82
4.6.2 空间辐射的医学效应与防护 87
4.6.3 航天器工程设计的医学要求 88
4.7 航天工效学 95
4.7.1 人体测量学数据 95
4.7.2 人在空间的效能 96
4.7.3 航天器结构 98
4.7.4 显示器 99
4.7.5 人控系统 100
4.7.6 照明 100
4.7.7 警告和报警 101
4.8 航天员个人装备 101
4.8.1 航天服 101
4.8.2 个人救生物品 104
4.9 航天员营养与食品 105
4.9.1 航天员营养保障 105
4.9.2 航天食品 106
4.9.3 食品和饮水的卫生保障 108
4.10 航天员选训中心 108
4.10.1 任务 108
4.10.2 主要设施 108
参考文献 111
第五章 载人航天器环境控制与生命保障系统 112
5.1 概述 112
5.1.1 环控生保系统在载人航天技术中的地位和意义 112
5.1.2 环控生保系统的功能和基本组成 113
5.1.3 环控生保系统的界面关系和设计约束条件 114
5.1.4 环控生保技术中的微重力问题研究 116
5.1.5 系统的可靠性研究 118
5.1.6 载人航天器环控生保系统的分类 119
5.2 贮存式（非再生式）环控生保系统 120
5.2.1 舱压体制 122
5.2.2 气体贮存 122
5.2.3 供气调压技术 123
5.2.4 座舱大气净化技术 125
5.2.5 座舱温湿度控制技术 127
5.2.6 废物收集处理技术 130
5.2.7 座舱内环境应急及舱内航天服技术 134
5.2.8 水管理技术 135
5.2.9 座舱火烟检测与防火灭火技术 135
5.2.10 测量控制技术 138
5.2.11 航天员居住设施 139
5.3 物理化学再生式环控生保系统 139
5.3.1 物理化学再生式环控生保系统基本概念 139
5.3.2 氧的再生技术 141
5.3.3 水的再生技术 146
5.4 受控生态生保系统 149
5.4.1 受控生态生保系统的基本概念 149
5.4.2 受控生态生保系统研究的主要问题 150
5.5 出舱活动环控生保系统 151
5.5.1 舱外航天服 151
5.5.2 携带式环控生保系统 152
5.5.3 出舱活动的测量、通信、控制及机动能力 153
参考文献 154
第六章 载人航天器结构与机构系统 155
6.1 概述 155
6.1.1 舱体结构的设计 155
6.1.2 次级结构设计 155
6.1.3 舱段连接设计 155
6.1.4 机构设计 155
6.2 载人航天器结构与机构系统的设计条件 156
6.2.1 总体对结构与机构系统的要求 156
6.2.2 环境与载荷条件 157
6.2.3 其它系统对结构设计的要求 157
6.2.4 总装对结构设计的要求 157
6.3 结构与机构系统的设计过程 158
6.3.1 可行性论证阶段 158
6.3.2 方案设计阶段 158
6.3.3 详细设计阶段 159
6.4 设计思想与准则 159
6.4.1 提高可靠性措施 160
6.4.2 制定结构与机构的设计规范 160
6.5 载荷与强度分析 160
6.5.1 载荷 160
6.5.2 强度条件 163
6.6 舱体结构试验 165
6.6.1 生产试验 166
6.6.2 结构静强度考核试验 166
6.6.3 结构动力学试验 166
6.7 舱段壳体结构的分类与结构形式 167
6.7.1 壳体结构的基本构件 167
6.7.2 壳体结构 172
6.7.3 载人航天器的密封舱 174
6.8 载人航天器的机构和装置 182
6.8.1 连接、解锁与分离装置 182
6.8.2 舱门机构 186
6.8.3 空间对接装置 186
参考文献 187
第七章 载人航天器防热结构 189
7.1 返回时的气动加热 189
7.1.1 再入气动加热的严重性 189
7.1.2 克服气动热的途径 190
7.2 防热结构及其类型 191
7.2.1 热容吸热式防热结构 192
7.2.2 辐射防热结构 195
7.2.3 烧蚀防热结构 201
7.3 防热结构试验 205
7.3.1 材料筛选试验 205
7.3.2 热结构匹配试验 207
7.3.3 防热结构再入气动加热模拟试验 209
参考文献 212
第八章 载人航天器制导、导航与控制（GNC）系统 214
8.1 概述 214
8.1.1 基本概念和定义 214
8.1.2 载人飞船GNC技术发展概况 215
8.2 载人飞船GNC系统的任务、设计原则及组成 216
8.2.1 载人飞船GNC系统的任务 216
8.2.2 载人飞船GNC系统的设计原则 216
8.2.3 载人飞船GNC系统的组成 217
8.3 载人飞船轨道运行段三轴姿态确定和控制 222
8.3.1 飞船姿态运动方程 222
8.3.2 载人飞船姿态确定 227
8.3.3 载人飞船姿态控制律设计 234
8.3.4 载人飞船的全姿态捕获技术 239
8.3.5 建立飞船离轨制动发动机点火姿态 241
8.4 载人飞船的空间导航方法 242
8.4.1 载人飞船空间导航的任务 242
8.4.2 载人飞船捷联式惯性导航方法 242
8.4.3 捷联矩阵的算法 244
8.4.4 导航计算步骤 246
8.4.5 捷联惯性导航的误差 250
8.5 载人飞船再入大气层控制技术 250
8.5.1 概述 250
8.5.2 再入大气层的控制技术 251
参考文献 259
第九章 载人航天器热控制系统 261
9.1 航天器空间环境 261
9.1.1 宇宙真空和深黑低温 261
9.1.2 微重力 262
9.1.3 空间外热流 263
9.2 航天器热控系统所应用的基本换热公式 263
9.2.1 导热公式 264
9.2.2 对流公式 264
9.2.3 辐射公式 265
9.3 载人航天器热控系统的任务 265
9.4 总体对热控系统的要求 266
9.5 热控系统的工作内容 266
9.6 载人航天器对热设计的特殊要求 266
9.7 载人航天器的热平衡计算 266
9.8 载人航天器热控系统组成 267
9.8.1 热设计与热计算子系统 268
9.8.2 被动热控子系统 268
9.8.3 液体冷却回路子系统 269
9.8.4 主动热控子系统 271
9.8.5 测控与地面调温子系统 275
9.8.6 真空热试验子系统 276
9.9 载人航天器热试验 277
9.9.1 热平衡试验 277
9.9.2 热真空试验 292
9.9.3 返回着陆升温试验 293
9.9.4 地面调温试验 293
参考文献 294
第十章 载人航天器电源系统 295
10.1 名词术语 295
10.2 一般电源系统描述 295
10.2.1 电源系统的组成 295
10.2.2 电能源与贮能装置 296
10.2.3 配电系统 297
10.3 电源系统的职能 298
10.3.1 一般技术要求 298
10.3.2 系统级职能 298
10.4 电源系统的系统级设计 299
10.4.1 电源系统选择与设计原则 299
10.4.2 电源系统系统级设计过程 300
10.4.3 载人航天器电源系统设计特点 301
10.5 太阳光电电源系统 302
10.5.1 概述 302
10.5.2 太阳电池阵 303
10.5.3 太阳电池特性 304
10.5.4 蓄电池组 305
10.5.5 太阳电池阵控制 306
10.5.6 母线电压调节 308
10.5.7 发射时间与太阳人射角 309
10.6 燃料电池与再生式燃料电池 309
10.6.1 概述 309
10.6.2 燃料电池反应原理 309
10.6.3 再生式燃料电池 310
10.7 太阳动力发电系统 311
10.7.1 概述 311
10.7.2 聚能器 311
10.7.3 接收器 311
10.7.4 能源转换设备 312
10.8 空间核电源 313
10.8.1 核能的空间应用 313
10.8.2 核电源系统组成 313
10.9 空间系绳发电系统 314
10.9.1 概述 314
10.9.2 发电与贮能 315
10.9.3 飞行试验 316
10.10 “阿波罗”飞船电源系统 317
10.10.1 电源系统概述 317
10.10.2 燃料电池系统 317
10.10.3 蓄电池系统 320
10.10.4 配电系统 321
10.11 “天空实验室”电源系统 323
10.11.1 燃料电池-蓄电池系统 323
10.11.2 太阳电池阵-蓄电池系统 324
10.12 航天飞机轨道器电源系统 326
10.12.1 概述 326
10.12.2 燃料电池与蓄电池组 326
10.12.3 辅助发电装置 326
10.13 空间站电源系统设计 326
10.13.1 电源系统需求 326
10.13.2 概念研究与方案选择 327
10.13.3 混合电源系统 328
10.14 苏联载人航天器电源系统 330
10.14.1 “联盟”号飞船电源系统 330
10.14.2 “礼炮”号与“和平”号空间站电源系统 330
参考文献 331
第十一章 载人航天器测控与通信系统 332
11.1 概述 332
11.2 美俄载人航天测控与通信系统 332
11.2.1 美国载人航天测控与通信系统 332
11.2.2 俄罗斯载人航天测控与通信系统 339
11.3 测控与通信的基本原理 339
11.3.1 跟踪测轨 340
11.3.2 遥测 343
11.3.3 遥控 344
11.3.4 图像信息传输 344
11.3.5 天地话音传输 345
11.3.6 信道设计 345
11.4 载人航天测控与通信系统工程设计中的几个问题 347
11.4.1 电磁兼容性问题 347
11.4.2 空间环境适应性设计问题 347
11.4.3 可靠性与安全性设计问题 347
11.5 分包遥测和分包遥控 347
11.5.1 开放系统互连模型 347
11.5.2 分包遥测遥控概念 354
11.5.3 分包遥测标准 356
11.5.4 分包遥控标准 361
11.6 高级在轨系统 369
参考文献 375
第十二章 载人航天器数据管理系统 376
12.1 概述 376
12.2 航天器数据管理系统的主要功能和设计特点 378
12.2.1 航天器数据管理系统的主要功能 378
12.2.2 航天器数据管理系统的设计特点 379
12.3 航天器数据管理系统接口 379
12.3.1 遥测通道接口 380
12.3.2 遥控通道接口 380
12.3.3 数据总线接口 381
12.4 航天器数据管理系统的体系结构 382
12.4.1 集中式体系结构 382
12.4.2 分布式体系结构 383
12.5 航天器数据管理系统部件介绍 386
12.5.1 遥控单元TCU和指令译码单元CDU 386
12.5.2 中央单元CTU 387
12.5.3 远端RT 390
12.5.4 数据总线DB 391
12.6 航天器数据管理系统功能设计概述 392
12.6.1 遥控设计和遥测设计 392
12.6.2 航天器管理功能设计 393
12.6.3 数管系统内务管理设计 395
12.7 航天器数据管理系统软件 396
12.7.1 航天器数据管理系统软件概述 396
12.7.2 数管系统软件举例 397
12.7.3 数管系统软件开发的步骤 399
12.7.4 数管系统软件的产品保证计划 399
12.7.5 数管系统软件的在轨维护 401
参考文献 402
第十三章 载人航天器推进系统 403
13.1 载人航天器推进系统的主要功能 403
13.2 载人航天器典型推进系统 403
13.2.1 冷气推进系统 404
13.2.2 单组元推进系统 405
13.2.3 双组元推进系统 408
13.2.4 电推进系统 422
13.3 载人航天器推进系统设计 426
13.3.1 推进系统的方案选择 426
13.3.2 推进系统关键部件的选择和参数确定 428
13.3.3 推进系统研制中的特殊要求 429
13.4 推进技术展望 431
13.4.1 长寿命、高可靠性推进系统 431
13.4.2 能量更高的推进剂 432
13.4.3 新发动机、推力器及其新材料和工艺 434
参考文献 434
第十四章 载人航天器仪表照明系统 436
14.1 概述 436
14.2 载人航天器中的仪表 436
14.2.1 大气数据系统的几个仪表 436
14.2.2 竖直刻度仪表 439
14.2.3 伺服仪表与带式仪表 440
14.2.4 数字仪表 440
14.2.5 组合指令指示器 441
14.2.6 “T”形布局仪表板 442
14.2.7 阴极射线管仪表 442
14.2.8 彩色液晶平板显示仪 443
14.3 典型载人飞船和空间站仪表 445
14.3.1 飞船各系统需监测与显示的参数 445
14.3.2 “联盟”号飞船仪表 446
14.3.3 “阿波罗”飞船指挥舱仪表 448
14.4 航天飞机仪表 448
14.4.1 航天飞机座舱布置和仪表板 448
14.4.2 平视显示仪 449
14.4.3 仪表显示与电视组合的光纤头盔显示器 452
14.4.4 航天飞机注意及警告系统 452
14.5 照明系统 452
14.5.1 功用与种类 452
14.5.2 基本要求 452
14.5.3 仪表照明 453
14.5.4 公用照明 453
14.5.5 备用照明 453
14.6 载人航天器仪表展望 453
14.6.1 飞行器仪表的发展简况 453
14.6.2 彩色液晶平板显示仪与场发射平板显示器 454
14.6.3 触敏显示屏 455
14.6.4 带自然语言输出的仪表 455
14.6.5 智能仪表 457
14.7 载人航天器仪表总体设计 458
参考文献 459
第十五章 载人航天器应急救生系统 460
15.1 概述 460
15.1.1 载人航天应急救生 460
15.1.2 发射段救生方式 461
15.2 “联盟TM”飞船的应急救生系统 463
15.2.1 应急救生系统的任务 463
15.2.2 系统设计中主要考虑的因素 463
15.2.3 系统组成 464
15.2.4 中止飞行及应急救生系统工作模式 466
15.3 “阿波罗”飞船的逃逸救生系统 469
15.3.1 概述 469
15.3.2 逃逸系统的设计要求 470
15.3.3 中止飞行程序 471
15.3.4 发动机 472
15.3.5 鸭式翼系统 476
15.3.6 程序装置系统 477
15.3.7 飞行动力学分析 478
15.3.8 结构 478
15.3.9 风洞试验 479
参考文献 480
第十六章 载人航天器回收与着陆系统 481
16.1 概述 481
16.2 着陆系统的任务 483
16.3 着陆系统工作特点和设计原则 484
16.4 着陆系统的组成 485
16.4.1 减速装置 485
16.4.2 着陆缓冲装置 485
16.4.3 执行机构 485
16.4.4 控制装置 486
16.4.5 伞舱结构 486
16.4.6 标位装置 486
16.4.7 漂浮装置 487
16.4.8 扶正装置 487
16.5 减速装置 487
16.5.1 降落伞系统的组成 488
16.5.2 稳定下降速度 488
16.5.3 常用的降落伞伞型 489
16.5.4 降落伞系统的设计 493
16.5.5 开伞冲击载荷和伞衣收口技术 495
16.6 着陆缓冲装置 499
16.6.1 着陆分析 499
16.6.2 压溃或压碎型缓冲装置 500
16.6.3 缓冲气囊 500
16.6.4 着陆反推火箭发动机 501
16.7 着陆程序的控制 502
16.7.1 基本设计要求 502
16.7.2 着陆控制方法和控制仪器 502
16.7.3 载人飞船着陆程序控制实例 503
参考文献 506
第十七章 载人航天器地面电测试与故障模拟 507
17.1 载人航天器电测试目的及意义 507
17.2 载人航天器电测试方法和手段 507
17.2.1 可测试性分析和设计 507
17.2.2 电测试方案 508
17.3 载人航天器电测试系统简介 510
17.3.1 地面电测试系统 510
17.3.2 电测试系统软件 513
17.3.3 电测试系统的安全性和可靠性 515
17.4 载人航天器研制过程的地面电测试 515
17.4.1 电测试阶段划分 515
17.4.2 电测试级别 517
17.5 载人航天器故障模拟 519
17.5.1 问题的提出 519
17.5.2 故障模拟的手段 519
17.5.3 故障模拟方法 522
17.5.4 地面故障诊断系统 523
参考文献 526
第十八章 载人航天器地面试验 527
18.1 概述 527
18.1.1 地面试验的重要性 527
18.1.2 力学环境 527
18.1.3 空间环境 528
18.1.4 航天产品等级与试验分类 529
18.2 力学环境模拟试验 530
18.2.1 载人航天器结构特点 530
18.2.2 试验条件 531
18.2.3 试验方法 533
18.2.4 试验设备 538
18.2.5 试验数据处理 543
18.3 真空热环境试验 544
18.3.1 载人航天器真空热试验的特点 545
18.3.2 试验条件 545
18.3.3 试验方法 546
18.3.4 试验设备 548
18.3.5 载人真空热环境试验及其设施 550
参考文献 555
第十九章 载人航天器的可靠性 556
19.1 概述 556
19.1.1 载人航天器可靠性工作的重要意义 556
19.1.2 可靠性与安全性的关系 557
19.1.3 工程研制与生产阶段可靠性主要工作项目 557
19.2 可靠性设计与分析 558
19.2.1 载人航天器可靠性设计分析工作特点 558
19.2.2 可靠性、安全性定性设计分析技术 559
19.2.3 可靠性、安全性定量设计分析技术 566
19.2.4 可靠性、安全性综合设计与分析 575
19.2.5 软件可靠性 576
19.3 可靠性试验技术 578
19.3.1 载人航天器可靠性试验的特点 578
19.3.2 环境应力筛选 579
19.3.3 可靠性增长和增长试验 581
19.3.4 可靠性鉴定与验收试验 584
19.3.5 可靠性试验的综合利用 586
参考文献 587