第1章 概述 1
1.1 航天飞机设计历程 1
1.2 航天飞机应用历程 4
第2章 航天飞机总体设计 6
2.1 简介 6
2.2 航天飞机总体布局 6
2.2.1 航天飞机布局 6
2.2.2 主要总体参数 7
2.3 航天飞机主要分系统 10
2.3.1 轨道器 10
2.3.2 外贮箱 12
2.3.3 固体助推器 16
2.4 航天飞机飞行程序 21
2.4.1 发射倒计时 21
2.4.2 飞行程序设计 21
2.4.3 固体助推器回收 26
2.5 再次发射准备与重复使用情况 27
2.5.1 各分系统再次发射准备 27
2.5.2 航天飞机重复使用情况 27
第3章 航天飞机轨道器气动设计 30
3.1 简介 30
3.2 气动布局设计 31
3.2.1 气动布局概述 31
3.2.2 气动布局设计准则 31
3.2.3 气动布局发展演变 34
3.3 气动力 39
3.3.1 气动力分析方法 39
3.3.2 气动特性 39
3.4 气动热环境 52
3.4.1 气动热环境分析方法 53
3.4.2 哥伦比亚号航天飞机气动热环境数据分析 53
3.5 气动数据库 62
3.5.1 气动数据管理的严峻挑战 63
3.5.2 气动数据库管理基本原则 64
3.5.3 气动数据库管理效能评估 66
3.5.4 气动数据库设计手册 68
3.5.5 气动数据库管理经验 69
第4章 航天飞机轨道器再入轨迹设计 71
4.1 简介 71
4.2 初期再入段轨迹设计 71
4.2.1 再入走廊设计 72
4.2.2 再入走廊内参考轨迹设计 77
4.3 能量管理段轨迹设计 82
4.3.1 能量走廊 83
4.3.2 轨迹线设计方法 85
4.4 自动着陆段轨迹设计 88
4.4.1 自动着陆段下滑轨迹线 88
4.4.2 下滑轨迹线的几何描述和数学特征描述 90
第5章 航天飞机轨道器制导控制设计 96
5.1 简介 96
5.2 执行机构配置 97
5.2.1 气动舵面配置 97
5.2.2 反作用控制系统配置 97
5.3 初期再入段制导与控制系统 100
5.3.1 初期再入段制导系统 100
5.3.2 初期再入段控制系统 107
5.4 能量管理段制导与控制系统 116
5.4.1 能量管理方案的发展过程 116
5.4.2 能量管理段制导系统 116
5.4.3 能量管理段控制系统 121
5.5 自动着陆段制导与控制系统 122
5.5.1 自动着陆制导与控制结构 124
5.5.2 自动着陆制导与控制策略 128
第6章 航天飞机轨道器结构系统设计 130
6.1 简介 130
6.2 结构设计准则 130
6.2.1 设计系数 131
6.2.2 安全裕度 132
6.2.3 静弹性 132
6.2.4 动特性 133
6.2.5 使用寿命 135
6.3 航天飞机轨道器结构系统 137
6.3.1 前机身结构 137
6.3.2 中机身结构 141
6.3.3 后机身结构 146
6.3.4 翼面结构 149
6.4 航天飞机轨道器的制造过程 154
第7章 航天飞机轨道器热防护系统设计 156
7.1 简介 156
7.2 热防护系统方案设计流程 157
7.3 热防护系统设计要求 158
7.3.1 热防护系统的结构性能要求与完整性设计目标 158
7.3.2 热防护系统的基本结构性能要求 158
7.3.3 热防护系统的完整性设计目标 159
7.4 热防护系统材料技术特点 160
7.4.1 一般性描述 160
7.4.2 隔热材料 160
7.4.3 高温结构材料 161
7.4.4 表面涂层 163
7.5 航天飞机轨道器热防护系统方案设计 164
7.5.1 热防护系统方案概述 164
7.5.2 机头锥及翼前缘热防护设计 164
7.5.3 机身大面积区域热防护设计 168
7.5.4 低温推进剂贮箱热防护 174
7.5.5 间隙填充设计 176
7.6 热防护系统设计的灾难与改进 176
第8章 航天飞机轨道器动力系统设计 178
8.1 简介 178
8.2 动力系统组成与布局 178
8.2.1 动力系统组成 178
8.2.2 动力系统工作过程 179
8.2.3 动力系统布局 180
8.3 主发动机的性能特点与研制过程 180
8.3.1 主发动机工作原理 180
8.3.2 主发动机研制过程及改进 183
8.4 轨道机动系统与反作用控制系统的性能特点 190
8.4.1 轨道机动系统 190
8.4.2 反作用控制系统 192
8.4.3 推进剂交叉输送系统 194
第9章 航天飞机轨道器电气系统设计 197
9.1 简介 197
9.2 制导导航与控制系统 197
9.2.1 简介 197
9.2.2 制导系统 199
9.2.3 导航系统 200
9.2.4 控制系统 202
9.3 电源与配电系统 202
9.4 通信与跟踪系统 206
9.5 测量系统 208
9.5.1 正式运行测量系统 209
9.5.2 研制飞行测量系统 209
第10章 航天飞机轨道器健康管理系统设计 210
10.1 简介 210
10.2 系统组成 211
10.3 航天飞机主发动机健康管理设计 212
10.3.1 简介 212
10.3.2 实时振动监视 212
10.3.3 定量风险评估 214
10.3.4 广义似然比试验 221
10.3.5 贝叶斯置信网络 229
10.4 防热系统健康管理设计 237
10.4.1 简介 237
10.4.2 系统组成 238
10.4.3 传感器布置 238
10.4.4 设计与分析 240
10.5 碰撞损害预测健康管理设计 242
10.5.1 观察窗口的碰撞 243
10.5.2 撞击试验 245
10.5.3 BUMPER结果 245
第11章 航天飞机轨道器环境控制与生命保障系统设计 247
11.1 简介 247
11.2 系统组成 247
11.3 环境控制系统设计 249
11.3.1 座舱压力制度 249
11.3.2 气体储存 250
11.3.3 供气调压 250
11.3.4 座舱大气净化 251
11.3.5 座舱温度控制 253
11.3.6 座舱湿度控制 258
11.4 生命保障系统设计 259
11.4.1 废物收集处理 259
11.4.2 座舱内环境应急措施 261
11.4.3 水管理 261
11.4.4 座舱火烟检测与防火灭火 262
11.4.5 航天员居住设施 262
11.4.6 气闸舱 262
11.5 环控生保系统设计反思与展望 265
第12章 航天飞机轨道器其他系统设计 267
12.1 简介 267
12.2 被动温控系统 267
12.3 辅助动力装置系统 267
12.3.1 系统概述 267
12.3.2 工作原理 270
12.4 液压系统 270
12.4.1 系统概述 270
12.4.2 液压动力系统 271
12.5 起落架系统 272
12.5.1 系统概述 272
12.5.2 前起落架和主起落架 273
12.5.3 制动装置和防滑系统 273
12.6 吹除、排气、排液系统 274
12.7 有效载荷释放和回收系统 276
12.8 警告与报警系统 277
12.9 烟雾探测和消防系统 279
第13章 航天飞机运行使用与维护 281
13.1 简介 281
13.2 航天飞机轨道器返回维护方案 281
13.2.1 安全维护检查 281
13.2.2 外观检查 283
13.3 航天飞机轨道器转运程序 285
13.3.1 转运前检查 285
13.3.2 转运准备工作 287
13.3.3 转运实施方案 293
13.4 航天飞机测试发射检查 297
13.4.1 防热系统检查 298
13.4.2 动力系统检查 298
13.4.3 机构系统检查 300
13.4.4 结构系统检查 300
13.4.5 电气系统检查 301
13.4.6 其他检查工作 301
13.5 航天飞机发射移交程序 302
第14章 航天飞机设计与工程经验 303
14.1 简介 303
14.2 航天飞机设计的影响因素 303
14.2.1 大气密度切变 303
14.2.2 夜光云的影响 304
14.2.3 高空气象电击影响 308
14.2.4 通信问题 310
14.2.5 全球定位卫星系统的运行问题 310
14.2.6 边界层的非对称转捩 312
14.3 航天飞机高超声速再入飞行的设计经验 313
14.3.1 气动设计经验 315
14.3.2 气动防热设计经验 315
14.3.3 返回控制设计经验 317
14.4 航天飞机工程经验 319
14.4.1 概述 319
14.4.2 航天飞机第一次飞行气动力异常 319
14.4.3 航天飞机SRM点火冲击波问题 321
14.4.4 固体火箭助推器入水冲击及回收问题 323
14.4.5 航天飞机尾裙失效 324
14.4.6 航天飞机起飞载荷 325
14.4.7 航天飞机性能裕度 327
14.4.8 航天飞机轨道器结构 328
14.4.9 航天飞机概念选择历史 329
14.4.10 SSME的主要失效经历 330
14.4.11 51-L挑战者号失败 338
14.4.12 航天飞机振动试验 340
14.4.13 SSME旋转问题 341
14.4.14 外挂贮箱氢气消能器 344
14.4.15 外挂贮箱绝热发泡剂 345
第15章 航天飞机重大事故与改进 347
15.1 简介 347
15.2 航天飞机重大事故 347
15.3 航天飞机改进 350
15.4 暴露问题及经验教训 354
第16章 航天飞机研制经费统计与经济性分析 358
16.1 简介 358
16.2 费用统计 358
16.2.1 航天飞机费用演变情况 358
16.2.2 航天飞机初期方案的费用估算 359
16.2.3 航天飞机的研制费用 362
16.2.4 航天飞机的研制合同累计金额 369
16.3 航天飞机的费用模型与分析 369
16.3.1 航天飞机的费用模型 369
16.3.2 航天飞机的研制费用分析 376
16.4 航天飞机经济性分析 378
第17章 总结 380
参考文献 383