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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Patel, Mukund R.

出品人:

页数:736

译者:

出版时间:2004-11

价格:$ 237.24

装帧:HRD

isbn号码:9780849327865

丛书系列:

图书标签:

Spacecraft
Power
Systems
Aerospace
Engineering
Solar
Energy
Batteries
Fuel
Cells
Power
Management
Space
Technology
Electrical
Engineering

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具体描述

The power systems of space vehicles have undergone significant development during the previous decade, and will continue to do so in the immediate future. Until now, except for the scattered results of conferences and a few publications with sketchy coverage, no single volume has covered the entire spectrum of the subject. "Spacecraft Power Systems" addresses every facet of electrical power system design, analyses, and operation with a level of detail found nowhere else. The book delivers wide coverage of the fundamentals of energy conversion, energy storage, power conditioning, energy management, and operational aspects that help engineers maintain a leading edge in the design of various systems. This volume provides the most recent data and procedures for designing an electrical power system that meets mission requirements at a minimum of cost and weight. This book evolved from courses taught by the author and from the author's deep involvement in many design and development programs at the General Electric Space Division and at Lockheed Martin Space Systems.

好的，这是一份围绕“航天器动力系统”这一主题，但内容完全避开您的《Spacecraft Power Systems》一书，而专注于其他相关或相近领域的详细图书简介。 --- 图书名称：深空探索的能源悖论：下一代推进技术与可持续动力框架作者：[此处可留空或填写虚构作者名] 页数：约 750 页装帧：精装 --- 内容概要《深空探索的能源悖论：下一代推进技术与可持续动力框架》并非一本聚焦于传统电力生成与分配的教科书，而是一部深入探讨未来星际任务中极端环境能源获取、存储、转换效率极限，以及革命性推进技术对能源需求的重塑的专题论著。本书的核心在于解构当前航天动力学面临的“能源悖论”：即任务复杂度与距离的指数级增长，对能源密度和系统寿命提出了远远超出既有化学、光伏或放射性同位素热电技术（RTG）所能满足的极限要求。全书分为六个逻辑递进的部分，从基础物理约束出发，逐步过渡到前沿技术突破和系统集成策略。第一部分：超越吉布斯自由能的限制——推进剂效率与能量平衡本部分着重于挑战传统的火箭推进效率极限。我们不再讨论如何更有效地利用太阳能或热能发电，而是深入分析化学推进剂的理论最大比冲（Specific Impulse, $I_{sp}$），并将其置于更宏大的能量转换框架下进行审视。 1.1 液体与固体推进剂的热力学极限：对液氧/液氢（LOX/LH2）系统在不同工作循环（如分级燃烧、膨胀循环）下的实际性能衰减进行案例分析。重点讨论了推进剂预冷、涡轮泵效率对整体系统推重比的敏感性。 1.2 脉冲推进的能质转换效率：详细分析了核脉冲推进（Orion 概念的现代衍生）在动量传递效率、结构损伤控制以及辐射屏蔽成本之间的权衡。这部分内容侧重于动能传递机制而非能源输入机制。 1.3 低推力高效能推进的能量捕获需求：探讨离子和霍尔推进器在长达数年任务中，对兆瓦级电源的潜在需求，以及如何通过优化磁流体动力学（MHD）来降低功率需求，而不是提升电源本身输出。第二部分：非传统能源载体的存储与释放动力学本部分的核心在于考察那些不以电能形式直接提供动力的能量载体，及其在深空极低温环境下的行为。 2.1 超临界流体与高能密度储存：深入研究甲烷、液氢等低温推进剂在长期储存过程中的热管理和“蓄热”效应。分析了先进的绝缘技术（如气凝胶复合层与多层隔热罩的动态响应）如何影响推进剂的蒸发损失率（Boil-off Rate）。 2.2 机械能储备系统：探讨高强度、低质量的飞轮和储能弹簧系统在姿态控制和短期机动中的应用潜力。重点分析材料科学如何突破传统金属合金的屈服强度，以实现更高的角动量存储密度。 2.3 核裂变与聚变燃料的物理状态控制：对于未来核热火箭（NTR）或核电推进（NEP）的概念，本书关注的是反应堆级燃料的物理状态（如陶瓷基燃料棒的烧蚀速率），以及如何通过惰性气体或液态金属的循环来维持反应堆的临界和安全停堆状态，而非讨论电能的输出。第三部分：高能等离子体：从加速到约束本部分将重点放在推进本身所需的极高能量密度状态，即等离子体动力学，而非产生这些等离子体的电源。 3.1 磁流体动力学推进的边界条件：详述了VASIMR（变比特定冲量磁等离子体火箭）等概念中，射频波加热的等离子体密度、温度梯度与磁场拓扑结构之间的复杂耦合。讨论了如何通过动态磁镜实现高效率的束流形成。 3.2 聚变驱动的推进概念：对约束聚变（如磁约束或惯性约束）的直接排气推进进行分析。核心关注点在于反应产物的定向排放（如高能离子束的准直）和推进器内壁对高能粒子流的耐受性。 3.3 反应质量与电离效率：探讨了选择惰性气体（如氙、氩）作为反应质量的局限性，以及探索使用低电离势元素（如锂或镁）作为反应质量的挑战，尤其是在电离效率和反应质量的消耗率方面的对比。第四部分：极端环境下的热管理与结构完整性深空任务中的能源系统往往需要承受极端的温度梯度，本部分聚焦于如何将这些热量安全地导出或利用，以维护系统结构完整性。 4.1 辐射热屏蔽与热管技术：详细分析了不同热管（如钠、钾、水）在真空中的热传输效率，以及在面对近恒星辐射或高功率反应堆热源时，如何设计多级辐射器来有效散热。 4.2 推进系统与热应力分析：对高能脉冲或高功率等离子体流可能对推进器喷口、导流板和磁体线圈产生的瞬时热冲击和疲劳损伤进行有限元分析（FEA）建模。第五部分：任务规划中的能源资源最大化本书的这一部分将视角从单一系统转移到多任务时间线上的能源资源分配。 5.1 “边飞边充”与星际漫游：研究在执行长时间任务（如奥尔特云探测）时，如何利用稀薄的星际介质进行微弱的电荷捕获或利用行星引力助推来最小化对板载能量系统的依赖。 5.2 能源需求的时间窗优化：阐述如何根据任务阶段（逃逸、巡航、目标轨道插入）动态调整推进器的功率输出模式，以实现总任务时间与能源消耗的最佳折衷方案。第六部分：未来展望：推进技术对能源系统的反向驱动最后一部分展望了下一代能源技术，特别是当能源密度达到一定阈值后，将如何彻底改变推进设计的范式。 6.1 物质-反物质推进的理论能质比：探讨基于纯物质湮灭的推进概念，其理论上的能量转换效率与当前任何已知系统的巨大差距，以及这对任务设计自由度的解放。 6.2 零质量推进剂的初步探索：简要回顾了基于场效应或时空曲率扰动的理论框架，探讨这些概念如果得以实现，对现有能源供需模型的颠覆性影响。目标读者：航天动力学工程师、高能物理学研究人员、空间任务规划专家，以及对未来星际旅行的物理极限感兴趣的专业人士。 ---