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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