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出版者:少年儿童出版社

作者:(澳)麦克伊夫

出品人:

页数:32

译者:

出版时间:2006-8

价格:6.00元

装帧:

isbn号码:9787532469499

丛书系列:

图书标签:

• 植物
• 教育
• 儿童
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《星际导航与深空探测：宇宙航行的前沿技术》 内容提要： 本书是一部全面深入探讨现代及未来星际导航、深空探测任务设计与实施的专业著作。它不仅仅是一本技术手册，更是一部描绘人类探索宇宙边界的史诗。全书结构严谨，内容涵盖了从地球轨道到太阳系边缘，乃至更遥远星际空间中，航天器如何精确确定自身位置、规划高效航线、克服极端环境挑战的全部关键技术和理论基础。本书特别强调了人工智能、量子传感和新型推进系统在未来深空任务中的颠覆性作用。 --- 第一章：基础理论与经典导航范式（约 250 字） 本章系统回顾了航天动力学和轨道力学的基本原理，为理解深空导航奠定了数学基础。我们首先梳理了开普勒定律、牛顿万有引力定律在多体问题中的应用，并详细阐述了轨道要素（如六根数）在航天器状态估计中的核心地位。 随后，章节深入剖析了经典的基于地面站测距/测速（如深空网络 DSN）的导航方法。着重分析了信号延迟、多路径效应和地球大气层对测量精度的影响。此外，本章还详细介绍了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）在航天器状态估计中的经典应用，以及如何利用观测数据对航线进行迭代修正，确保任务的顺利执行。对于行星际转移轨道（如霍曼转移、弹道捕获），本章提供了详尽的计算案例和工程实践中的优化策略。 第二章：自主导航系统的崛起与挑战（约 300 字） 随着探测器飞向太阳系边缘乃至更远的星际空间，地面站信号延迟的几何级增长使得实时遥控成为不可能。本章聚焦于航天器自主导航（Autonomous Navigation）技术的革新。 核心内容集中在光学导航（Optical Navigation, OpNav）的发展。我们详述了如何利用星体成像、行星或卫星的相对位置变化来实时确定航线。这包括了先进的图像处理算法，如特征点提取、目标识别与跟踪，以及如何将这些视觉信息融入到机载导航计算机中。 本章特别探讨了“相对导航”的概念，即探测器如何利用自身携带的传感器（如激光雷达 LiDAR 或立体视觉系统）对目标天体进行精确测绘和相对定位，这对于近距离的行星着陆、小行星采样返回以及卫星的编队飞行至关重要。同时，我们分析了自主导航系统在应对传感器故障、数据冲突和计算资源受限等工程挑战时的鲁棒性设计策略。 第三章：深空推进技术与轨迹优化（约 350 字） 航程的长度和任务时效性直接依赖于推进系统的效率。本章对当前和未来深空探测中使用的各类先进推进技术进行了详尽的比较和分析。 首先，对化学火箭的推重比限制进行了客观评估，并详细介绍了高比冲推进技术，特别是离子推进器和霍尔效应推力器的工作原理、性能参数（比冲 $I_{sp}$ 和推力）及其在长期任务中的应用案例（如“黎明号”任务）。 随后，章节转向了极具前瞻性的概念：核热推进（NTP）和核电推进（NEP）。我们分析了这些技术在显著缩短地火转移时间、降低宇航员辐射暴露方面的潜力，并探讨了其面临的工程复杂性与安全监管问题。 在轨迹优化方面，本章引入了基于摄动理论的航迹规划方法，如引力辅助（Gravity Assist/Slingshot Effect）的精确计算与多目标优化。此外，还探讨了新型的低推力轨迹优化算法，例如伪谱法（Pseudospectral Methods）和遗传算法，如何在巨大的能量约束下，找到最优的、能耗最小的航行路径。 第四章：量子技术与下一代导航架构（约 350 字） 本章展望了可能彻底改变未来星际探索格局的前沿技术——量子导航与通信。 量子传感技术是核心讨论点之一。我们详细介绍了原子钟（Atomic Clocks）在深空时间同步和超高精度测距中的潜力。特别是光格点钟（Optical Lattice Clocks）的引入，有望将导航精度提升到前所未有的水平，甚至可能用于验证广义相对论在太阳系边缘的效应。 其次，惯性导航系统的量子化是本章的另一重点。超导量子干涉仪（SQUIDs）和基于冷原子干涉仪的加速度计和陀螺仪，在无需外部参考信号的情况下，能提供极低的漂移率，这对于在缺乏恒星或行星参考的星际巡航阶段保持航向具有决定性意义。 此外，本章还探讨了量子密钥分发（QKD）在未来深空安全通信中的应用前景，以确保探测器收集到的珍贵数据在传输回地球时不受窃听或篡改。本书对量子导航的当前技术成熟度（TRL）进行了客观评估，并指出了从实验室到太空环境部署的关键障碍。 第五章：极端环境下的任务可靠性与数据管理（约 250 字） 深空任务的成功率不仅依赖于导航的精确性，更依赖于系统在极端环境下的可靠运行。本章关注任务的鲁棒性与数据的高效处理。 讨论内容包括：宇宙射线和高能粒子对敏感电子设备的辐射损伤（Single Event Effects, SEE）的防护策略，如三重模块冗余（TMR）和抗辐射加固设计。针对通信中断和电源波动，本章阐述了先进的“休眠与唤醒”协议以及基于事件驱动的系统恢复机制。 在数据管理方面，随着传感器分辨率的提高，数据量呈指数级增长。本章重点分析了机载数据压缩算法（如小波变换、自适应量化）和数据优先级管理策略。只有将最关键的导航和科学数据在源头进行智能筛选和预处理，才能最大限度地利用有限的深空通信带宽，确保任务的科学产出最大化。 --- 目标读者： 航空航天工程师、空间科学研究人员、高年级本科生及研究生，以及对星际探索前沿技术抱有浓厚兴趣的专业人士。 本书价值： 《星际导航与深空探测：宇宙航行的前沿技术》综合了经典理论与尖端创新，是理解和参与人类下一代深空任务设计与实施的必备参考资料。它清晰地勾勒出我们正如何跨越传统疆界，迈向真正的星际文明。

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大眼睛看世界是一套从4岁起给儿童看的丛书，内容涉及天文地理，范围非常广泛。丛书正文属于知识读物，但书后有非常值得推荐的阅读和写作指导。

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值得推荐的是书后的阅读指导和写作指导，对于深受中文教育其害的孩子来说是一种全新的写作和阅读方式，对于指导孩子阅读和写作的父母和教师来说有很强的借鉴性。

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