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页数:96

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出版时间:2009-3

价格:15.00元

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isbn号码:9787561225134

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《星际航行中的生命支持系统》 作者： 艾莉莎·范德比尔特 (Dr. Alistair van der Velde) 出版信息： 银河工程出版社，第三版修订 (2347年) ISBN: 978-1-88405-921-3 页数： 1280 页 --- 导言：超越大气层的生存极限 在人类探索的宏大叙事中，对遥远星系的向往常常掩盖了最基本的需求：生存。当飞船挣脱母星引力的束缚，进入真空的深空，传统的生态平衡便不复存在。本书并非探讨飞船的导航、推进或结构完整性，而是深入剖析维系宇航员——以及未来殖民者——在极端环境下生命延续所依赖的复杂、精密的生命支持系统（Environmental Control and Life Support Systems, ECLSS）。 《星际航行中的生命支持系统》旨在为空间生态学家、深空任务工程师、行星栖息地设计师以及所有致力于人类跨越恒星距离的专业人士，提供一个全面、实用的技术参考和理论框架。本书的焦点完全集中于如何人工、封闭或半封闭的环境中，维持生物圈的稳定与循环，涵盖了从数周的近地轨道任务到数十年乃至跨代的星际航行所需的所有关键技术与挑战。 --- 第一部分：基础环境调控与大气管理 (第1章 – 第6章) 本部分奠定了生命支持系统的基础科学原理，聚焦于维持一个适宜呼吸和健康的环境所需的物理和化学过程。 第1章：空间环境的物理化学基础 本章详细阐述了在微重力、高辐射和真空条件下，气体的传输、混合与热力学行为。重点分析了低压和零重力对流体动力学的影响，及其对舱内气体分布均匀性的挑战。引入了早期空间站的“被动环境控制”模型，并将其与现代主动系统的区别进行了对比。 第2章：氧气、氮气与惰性气体的闭合循环 核心内容是呼吸气体的再生与储备管理。详细描述了从航天器废弃物（如二氧化碳）中回收氧气的电化学方法，特别是固态氧化物电解槽（SOXE）和萨巴蒂尔反应器的效率分析。对氮气和氦气等惰性气体的泄漏补偿机制和痕量气体去除技术进行了深入的探讨，包括对空间失眠症的诱发因素——痕量有机物的控制。 第3章：二氧化碳的捕集与清除 本章是关于CO2处理的核心。对比了湿法化学吸收剂（如氢氧化锂）与循环再生系统（如分子筛吸附床）的优劣。重点分析了再生过程中的能耗与效率权衡，特别是针对高负荷、长期任务中CO2负荷的预测模型。 第4章：压力与湿度控制：防止冷凝的艺术 精确控制舱内压力是防止系统失效的关键。本章阐述了多级压力调节阀的设计原则，以及在舱体微泄漏情况下的自动补偿算法。湿度控制部分，着重研究了表面冷凝对电子设备和结构完整性的潜在威胁，讨论了表面材料的选择和主动除湿技术（如冷凝板和干燥剂轮）。 第5章：热量管理与温度均衡 宇航员、设备和生命代谢活动会产生大量热量。本章侧重于如何将这些热量有效地转移至航天器外部散热器。详细介绍了热管、回路热管（LHP）和两相流冷却系统在零重力下的传热效率，以及温度梯度对系统内微生物生长的影响。 第6章：空间辐射防护与环境监测 虽然主要防护依赖于飞船结构，但本章关注的是次级辐射效应，即材料衰变产生的有害气体和对宇航员体表环境的间接影响。介绍了高精度气体分析仪（如质谱仪）在实时监测氧气、CO2、甲烷以及潜在的有毒副产物方面的应用。 --- 第二部分：水资源循环与废物管理 (第7章 – 第11章) 水是生命支持系统的核心资源，其回收效率直接决定了任务的经济性和可行性。本部分完全专注于水的三态循环和废物转化为可用资源的“闭环”技术。 第7章：全生命周期水管理哲学 阐述了从任务开始到任务结束，所有水源（尿液、汗液、呼吸冷凝水、洗涤废水）的来源、净化路径和最终用途的整体设计思路。定义了现代空间任务中“高回收率”的工程目标。 第8章：尿液与冷凝水的净化技术 详细对比了三种主流的液态废物处理技术：真空蒸馏、反渗透（RO）和电渗析。重点分析了RO膜在微重力环境下结垢和性能衰减的应对策略，以及蒸馏过程中挥发性有机物（VOCs）的去除效率。 第9章：微生物污染控制与水质分析 在封闭系统中，水体极易成为微生物滋生地。本章探讨了物理（紫外线、超滤）和化学（碘、银离子）杀菌方法的有效性。同时，提供了在线水质传感器（pH、电导率、总有机碳）的校准与数据解读指南。 第10章：固体废物与生物废物处理 对不可回收的固体残渣（包装、失效设备部件、排泄物）的处理策略进行了研究。探讨了低温热解、微生物降解（如厌氧消化）在减少废物体积和潜在资源回收中的应用潜力，并讨论了如何安全地储存或释放无害残渣。 第11章：营养物质与食物供给链的整合 尽管本书侧重于环境，但食物的消耗与废弃物产生直接相关。本章简要介绍了受控生态生命支持系统（CELSS）中藻类、昆虫或水培植物在补充营养和吸收CO2方面的集成挑战，以及这些生物体对水循环的潜在污染负荷。 --- 第三部分：长期任务与行星栖息地生态工程 (第12章 – 第15章) 本部分将视角从飞船内部扩展到深空殖民地和行星表面栖息地，探讨更大规模、更长周期环境控制系统的特殊性。 第12章：重力模拟对ECLSS的影响 模拟的重力（例如，通过旋转结构）对气体浮力、热量对流、以及水和颗粒物的沉降过程产生显著影响。本章提供了修正的流体力学模型，用以预测在0.3g至1g环境下，传统零重力ECLSS组件的性能变化。 第13章：行星大气接口与舱体气密性 针对火星或月球基地，本章分析了如何将飞船级别的ECLSS与行星表面栖息地的压力边界进行无缝连接。讨论了“气闸冗余”的设计哲学，以及在极端温差（昼夜温差巨大）下，结构材料的热胀冷缩对密封性能的持续影响。 第14章：能源依赖性与系统弹性设计 生命支持系统是最大的能源消耗者之一。本章评估了核能、太阳能和地热能对不同规模栖息地的适用性。重点讨论了“黑启动”程序，即在主能源系统完全失效后，依靠应急电池和最低限度循环维持乘员生命的关键步骤与资源分配模型。 第15章：故障诊断、冗余策略与乘员培训 ECLSS的任何单点故障都可能是灾难性的。本章系统梳理了三重甚至四重冗余的设计方案，并强调了分布式传感器网络的重要性。最后，提出了针对长期深空任务的乘员“主动维护”能力评估标准，确保宇航员能够在远离地面支持的情况下，独立修复复杂的循环系统。 --- 附录与索引 本书包含详细的工程图表、热力学常数表、常见气体分析仪的操作规范，以及一个涵盖术语、材料科学和关键故障代码的综合索引，为工程师提供了即时参考的便利。 --- 本书特色： 本书摒弃了对太空探索浪漫主义的描绘，专注于工程学和生态学的硬核交叉点。它以严谨的数学推导和详尽的案例分析（基于“曙光号”、“毅力号”和“代达罗斯计划”的真实数据），构建了一套完整的、面向未来数十年的生命支持系统设计哲学。阅读本书，意味着掌握了人类在宇宙中定居的真正基石。

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我对这本书的第一印象是，它构建了一个异常严谨和逻辑清晰的知识体系框架。作者似乎花了大量篇幅来梳理控制系统元件之间的相互作用关系，而不是孤立地介绍每个部件。这种系统性的视角非常宝贵，因为在实际的飞控设计中，元件之间的匹配度和接口兼容性往往是决定成败的关键。例如，书中对不同类型传感器（如陀螺仪和加速度计）在数据融合环节的表现分析，应该是非常细致和深入的。我个人非常看重这种从“硬件层面”回溯“系统性能”的论述方式。市面上很多教材往往更侧重于算法和软件，而忽略了底层硬件的物理限制和非线性特性。这本书的价值就在于弥补了这一空白，它让读者明白了，再先进的控制算法，也需要坚实、可靠的物理基础去支撑。这种对工程本质的尊重，使这本书的学术价值和实践指导意义都得到了极大的提升，让人对后续章节充满期待。

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这本书的内容展现了一种前瞻性的行业视野，远超出了对现有主流技术的简单罗列。从章节的编排来看，作者显然将目光投向了未来飞行器的需求，比如对高超声速、无人化和电传飞控系统的特殊要求。我注意到其中可能涉及了对新型作动器材料的讨论，比如形状记忆合金或者压电驱动技术在微小姿态调整上的应用潜力。这种对“未来趋势”的预判和对“关键瓶颈”的剖析，是区分一本优秀参考书和一本经典著作的关键所在。它迫使读者在学习当前技术的同时，也要思考下一代控制元件应该具备哪些特性，如何克服现有技术的局限性。这种引导读者进行深度思考的结构设计，使得这本书不仅仅是一本关于“元件是什么”的书，更是一本关于“元件该如何演进”的深度研讨录。对于希望在航空航天领域深耕的专业人士来说，这种前瞻性指导价值无可估量。

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这本《飞行器控制系统元件》的作者显然对航空航天领域有着深刻的理解，虽然我还没来得及仔细阅读全书，但从目录和前言中就能感受到其内容的广博与深度。书中对各种执行机构、传感器以及信号处理单元的介绍，绝非泛泛而谈，而是深入到了关键技术的细节层面。我尤其期待看到关于先进作动器的介绍，比如那些采用新型材料和驱动原理的部件，它们如何应对高动态和复杂环境下的挑战。这本书似乎不仅仅停留在理论层面，更像是为工程师提供了一本实用的“工具箱”手册，详细阐述了元件选型、性能指标的考量，以及在实际飞行器集成时可能遇到的工程难题。那种对每一个细节的执着和对前沿技术的敏锐捕捉，让这本书在众多同类著作中脱颖而出。它似乎在告诉读者：理解控制系统，必须从最基础、最核心的“元件”抓起，这是构建可靠、高性能飞控系统的基石。我感觉，读完这本书，我对现代飞行器那些“看不见的”心脏和神经系统，会有一次彻底的透视。

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我必须承认，这本书的阅读体验非常“扎实”，它拒绝使用任何花哨的辞藻来掩盖技术的复杂性，而是直接、坦诚地将工程世界的严苛性展现给读者。每一次深入研读，都像是在进行一次精密的拆解和重组过程。对于每一个被介绍的元件，无论是简单的开关组件还是复杂的飞控计算机中的接口模块，作者都详细追溯了其设计背后的物理限制和环境适应性要求。这种近乎偏执的细节关注，体现了作者对航空安全性的最高敬意。它不是让你“知道”控制元件是什么，而是让你“理解”这些元件是如何在极端条件下保持万无一失的可靠性。这种严谨的论述风格，无疑会给读者带来一种沉甸甸的责任感，深刻体会到每一个微小元件的失效都可能导致灾难性的后果。这本书的价值，就在于用最清晰的逻辑，阐释了航空工程中“细节决定成败”的真谛。

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翻阅这本书的插图和图表，我立刻被其精细程度所震撼。这绝不是那种只有文字堆砌的教科书。其中关于不同类型电磁阀、伺服机构响应特性的曲线图，以及对内部结构剖面的解析图，清晰地展示了元件的工作原理。这些图示的质量，直接决定了读者理解复杂机械和电子耦合结构难易程度。这本书在这方面做得极为出色，它有效地降低了理解高精度、高集成度飞控元件的门槛。我猜测，作者在撰写过程中，一定查阅了大量来自顶级制造商的内部技术文档和测试数据，才能绘制出如此逼真且信息量丰富的示意图。这对于正在进行毕业设计或初步系统选型的年轻工程师来说，无疑是如虎添翼。它不仅是知识的传递，更是一种经验的视觉化总结，使得那些抽象的物理定律和电子信号，变得具体可感，极大地增强了学习的代入感和趣味性。

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