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出版者:

作者:Anderson, John David

出品人:

页数:912

译者:

出版时间:2007-10

价格:$ 302.56

装帧:

isbn号码:9780073529394

丛书系列:

图书标签:

• 飞行原理
• 航空知识
• 飞行入门
• 空气动力学
• 飞行器
• 航空工程
• 飞行技术
• 航空科学
• 飞行基础
• 航空

《穿梭星河：深空探索与行星际航行指南》 内容简介 本书并非一本关于地球大气层内飞行原理的入门读物，而是聚焦于人类文明迈向更广阔宇宙——深空与行星际空间——所必须掌握的尖端理论、工程实践与未来展望。我们立足于现有航天技术的突破口，深入剖析了实现长期、自主、高效地在太阳系内乃至更远星域航行的复杂挑战与革命性解决方案。 第一部分：超越地表——行星际动力学与轨道设计 本部分详细阐述了在地球引力井之外，如何精确规划和执行星际航行任务。我们首先回顾了开普勒定律在远距离航行中的局限性，并重点介绍了霍曼转移轨道（Hohmann Transfers）的精确计算，及其在燃料效率与任务时间之间的权衡取舍。 随后，我们深入探讨了引力辅助机动（Gravity Assist Maneuvers）的精妙艺术。这不仅仅是一个简单的速度增益技巧，而是涉及多体问题的复杂优化过程。书中通过详细的案例分析（如“旅行者号”的“大旅行”路径规划），展示了如何利用行星的引力场实现能量的有效回收与加速，从而将任务预算内的能量推向极限。 更进一步，我们探讨了低推力推进系统在长时间任务中的核心地位。与传统化学火箭的“爆发力”不同，离子推进、霍尔效应推进器等高比冲（High Specific Impulse）系统是实现小行星带、木星乃至土星系长期探测的关键。书中对这些电推进系统的效率、寿命以及实际推力输出的数学模型进行了深入的建模与分析，并讨论了如何将其与太阳能或核能（如裂变反应堆或放射性同位素热电机RTG）相结合，以确保在远离太阳的深空环境中仍能获得持续动力。 第二部分：星际旅行的能源与推进革命 传统的化学推进剂的局限性在于其极低的能量密度，这使得载人登陆火星成为一项严峻的挑战。本部分旨在系统性地介绍下一代革命性的推进技术。 核热推进（NTP）与核电推进（NEP）： 我们对这两种依赖于核裂变反应堆的技术进行了详尽的对比。NTP通过将工质直接加热到极高温度后喷射产生推力，其比冲可达化学火箭的两倍以上，是实现快速载人火星往返任务的核心候选。书中详细描述了反应堆的屏蔽设计、安全冗余措施以及热交换器的材料科学挑战。NEP则侧重于提供稳定的电力来驱动高效率的电推进系统，适用于长时间的货运和深空探测。 聚变驱动探索： 展望未来，本书将很大篇幅献给了核聚变推进的理论基础。无论是磁约束（如仿星器或托卡马克设计在航天场景下的适应性）还是惯性约束聚变（如脉冲推进），其理论上的超高能量密度预示着实现星际穿越的可能性。我们分析了当前等离子体约束的工程难点，以及如何设计一个能有效将聚变反应产生的高能粒子转化为定向推力的喷管系统。 反物质与光帆： 对于更遥远的探索，我们探讨了理论上效率最高的推进方式：反物质湮灭驱动。书中详细剖析了反物质的生产、储存（磁阱技术）以及在推进系统中的反应过程的几何学设计，同时承认其目前在能量获取和储存上的巨大技术鸿沟。此外，对于光帆（Solar Sails）和更先进的激光驱动光帆（Beamed Propulsion），本书从材料的反射率、结构稳定性以及兆瓦级激光阵列的构建难度等多个工程维度进行了审视。 第三部分：深空生存与环境适应 进入行星际空间，航天器面临的挑战已不再是气动升力，而是极端环境的考验。 辐射防护工程： 银河宇宙射线（GCRs）和太阳粒子事件（SPEs）是对宇航员和敏感电子设备的致命威胁。本书详细分析了辐射的物理特性，并对比了被动屏蔽（如水、聚乙烯、甚至航天器燃料本身）和主动屏蔽（如利用电磁场偏转带电粒子）技术的优缺点和实际应用潜力。我们还讨论了辐射对先进半导体器件寿命的影响及抗辐射加固技术。 生命支持与闭环生态系统（CELSS）： 对于长达数年甚至数十年的火星或更远任务，开放式生命支持系统是不可持续的。本章深入研究了闭环生态系统的设计原理，包括二氧化碳的回收利用、水资源的零损耗循环（从尿液、汗液到饮用水的净化）、以及食物的植物培养（如气培或水培系统）对整体任务架构的重塑作用。 星际导航与通信： 在太阳系尺度上，地球基站的延迟和功率限制使得实时控制变得不可能。本书重点介绍了自主导航系统（Autonomous Navigation），特别是利用脉冲星作为宇宙灯塔的脉冲星导航（Pulsar Navigation）技术，以及在深空远距离通信中，如何通过高增益天线、激光通信（Optical Communication）替代传统射频通信，以实现更高的带宽和更低的功耗。 第四部分：前瞻：行星际架构与星际前哨 最后一部分将视角投向未来数十年的宏伟目标。 火星任务架构： 我们详细推演了从最初的短期访问到最终建立永久基地的全过程。这包括了就地资源利用（ISRU）技术，特别是从火星大气中制取甲烷燃料和氧气的萨巴蒂埃反应器（Sabatier Reactor）的工程优化。我们还评估了充气式栖息地（Inflatable Habitats）在减轻发射质量与提供足够生活空间之间的平衡点。 小行星采矿与空间资源： 太阳系中的小行星是巨大的未开发资源库。本书分析了不同类型小行星（碳质、金属质）的潜在价值，并探讨了实现轨道捕获、碎片化处理与资源精炼的机器人技术链。这不仅仅是一个经济问题，更是为未来星际任务提供原地补给保障的关键一步。 星际飞船的构想： 虽然遥远，但星际旅行的理论框架必须先行。本章对布雷斯韦尔探测器（Bracewell Probes）和冯·诺依曼探测器（Von Neumann Probes）等概念进行了技术可行性评估，并探讨了在极端低速（相对于光速）下如何设计一个能够运行数百年的自主探测器。 《穿梭星河》旨在为对深空科学、航天工程以及未来人类疆域拓展感兴趣的读者，提供一个全面、深入且极富挑战性的技术蓝图。本书的基调是严谨的物理学与大胆的工程设想的结合，它要求读者不仅理解牛顿力学，更要拥抱相对论效应下的航天艺术。

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