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出版者:理工大学

作者:王耀斌

出品人:

页数:278

译者:

出版时间:2007-8

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787564012281

丛书系列:

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飞船设计与星际航行基础 内容简介 本书旨在为有志于投身于宇宙探索事业的读者提供一套全面、深入且严谨的飞船设计与星际航行理论基础。我们着眼于超越现有技术限制的未来设想，聚焦于实现跨越太阳系乃至更遥远星系的载人及无人航天器的设计原理、推进系统、生命保障、以及复杂的星际导航与通讯技术。 本书结构严谨，内容涵盖从基础的轨道力学到尖端的曲率驱动（Warp Drive）理论的探索。全书共分为五大部分，力求为读者构建一个完整的知识框架。 第一部分：超光速与相对论基础下的航天动力学 本部分是全书的理论基石，重点阐述了在极端速度和引力场下，传统牛顿力学如何失效，以及爱因斯坦相对论在星际尺度上的应用。 第一章：现代轨道力学的新挑战 我们将首先回顾经典的开普勒定律和霍曼转移轨道，但随后立即转向星际尺度下的复杂问题。重点讨论了在多星系引力场中如何精确计算航线，以及如何处理由于航行速度接近光速导致的洛伦兹收缩和时间膨胀效应。详细分析了高精度星历的构建方法，以及如何利用量子引力学的最新进展来预测黑洞附近的轨道稳定性。 第二章：前沿推进理论：从核聚变到零点能 推进系统是决定航行距离和时间的关键。本章深入剖析了当前主流的核聚变火箭（如D-T和p-B11反应堆）的能效极限与安全冗余设计。随后，我们将把重点转移到理论上更具突破性的技术： 1. 反物质推进系统（Antimatter Propulsion）： 详细解析了反物质的生产、储存（磁约束与Penning阱的优化）、以及在反应堆中安全高效的湮灭控制技术。计算了反物质火箭在理想情况下的最大比冲和推力矢量控制的复杂性。 2. 曲率驱动场论（Alcubierre Drive Theory）： 这一章是本书的理论高潮之一。我们不仅复述了Alcubierre提出的数学模型，更着重于讨论了其对负能量密度（或奇异物质）的需求。本书将展示当前理论物理学界在如何利用量子真空涨落来模拟或生成所需的时空弯曲效应的最新研究成果，包括Casimir效应的宏观应用尝试。 第二部分：星际飞船结构与材料科学 星际飞船必须在极端温度、高能辐射和微流星体撞击下维持数十年甚至数百年的完整性。本部分侧重于飞船的物理构成。 第三章：极端环境下的结构完整性分析 飞船的主体结构不再仅仅承受静态载荷，更要抵抗空间射线和宇宙尘埃的持续轰击。本章引入了“自修复合金”（Self-Healing Alloys）的概念，阐述了如何通过嵌入式纳米机器人网络或形状记忆聚合物来实时修补微小裂纹。我们详细分析了飞船外壳在超光速航行中与星际介质碰撞时产生的等离子体屏蔽层的热力学稳定性和电磁兼容性。 第四章：重力模拟与船体姿态控制 由于星际航行时间漫长，人为重力对乘员健康至关重要。本章比较了旋转式人工重力（如O'Neill圆柱体设计优化）和理论上的局部引力场发生器（基于超导磁场或引力波干扰）。同时，讨论了在深空无参考系下，飞船如何通过高精度陀螺仪阵列和微型姿态推进器实现厘米级的空间定位和姿态稳定。 第三部分：远征生命保障与环境生态系统（ECLSS） 长达数十年的封闭循环生存对生态系统的要求远超空间站的范畴。 第五章：闭环生物再生生命支持系统 本章深入探讨了真正的“生态圈”设计。不再依赖定期补给，飞船必须在船体内构建一个微型、可持续的生物圈。内容包括： 1. 高级水循环与废物处理： 介绍多级膜过滤、光催化分解以及微生物降解技术，确保水和空气的回收率达到99.99%以上。 2. 食物生产的垂直集成： 详细分析了气培、水培与合成生物学在飞船空间限制下的集成应用，包括高效光合作用藻类的培养优化，以及定制化营养物的3D打印供给方案。 第六章：长期乘员的生理与心理健康维护 长时间的幽闭环境和与地球的通讯延迟对船员的心理健康是巨大的挑战。我们分析了低重力/人工重力下的骨骼脱钙预防方案（如动态电阻训练系统），以及如何利用神经反馈技术和AI陪伴系统来缓解“深空疏离症”（Deep Space Alienation Syndrome）。 第四部分：星际通讯、导航与数据管理 在数光年之外，通讯延迟是以年计算的。飞船必须具备高度自主的决策和信息处理能力。 第七章：超远距离通讯：量子纠缠与激光阵列 我们审视了传统无线电通讯在星际尺度的局限性，并重点研究了两种替代方案： 1. 激光通讯阵列： 探讨如何通过自适应光学技术克服巨大的空间距离导致的信号发散问题，实现高带宽的数据传输。 2. 量子态传输的理论边界： 虽然量子传输无法直接传输物质信息，但本书将分析如何利用纠缠对（Entangled Pairs）进行同步时钟校准和加密密钥交换，作为传统通讯的辅助和验证手段。 第八章：自主导航与AI决策核心 面对无法实时接收地面指令的情况，飞船的导航系统必须是完全自主的。本章讲解了飞船AI（Autonomy Intelligence Core）的设计哲学： 1. 实时天体识别与避障： 利用高精度光谱仪和引力波探测器，实时构建三维星图，并自主规划规避星际云或未知天体的次优路径。 2. 故障诊断与冗余决策： AI如何基于概率模型，在资源受限的情况下，为灾难性故障选择“次优生存方案”，而非等待无法到达的地面指令。 第五部分：理论物理展望与未来任务设想 本部分将理论推向极限，展望人类下一代星际任务的可能性。 第九章：虫洞与空间折叠的几何拓扑 在讨论了曲率驱动的工程学限制后，本章回归理论物理，探讨了爱因斯坦-罗森桥（虫洞）的数学构建要求。重点分析了如何利用高维空间几何来稳定虫洞的“喉部”，并讨论了维持其开放所需的极端负质量密度。 第十章：星际探索任务的伦理与规划 最后，本书探讨了超越太阳系的探索任务所带来的伦理问题，包括与潜在地外生命的接触协议（First Contact Protocols）的预案设计，以及如何确保星际飞船携带的“地球种子库”在不同行星环境下具有最高存活率。本书以对人类文明长远发展的责任感作结。 目标读者： 本书面向航空航天工程、理论物理学、高级材料科学的本科高年级学生、研究生，以及对未来深空探索有浓厚兴趣的专业人士。要求读者具备扎实的微积分、线性代数和基础物理学知识。

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这本书的语言风格非常具有感染力，它没有高高在上地指导，而是以一种平等交流的姿态，邀请读者共同探索汽车世界的奥秘。特别是在涉及复杂诊断流程和软件编程接口（如CAN总线通信）的部分，作者没有回避其难度，而是巧妙地使用了类比和图示来“软化”这些技术难点，使得即便是那些对数据流和网络协议感到畏惧的读者也能找到切入点。每一次阅读体验都像是一次充满发现的旅程，总能捕捉到一些先前忽略的细节或更优化的操作顺序。对于希望将自己的维修能力从“能修好”提升到“修得漂亮、修得长久”的专业人士来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一种对精益求精职业精神的塑造和激励。

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这本书的广度令人印象深刻，它不仅仅停留在对单个系统的拆装描述上，而是将汽车的各个子系统——从发动机燃烧控制到悬挂几何调校，从HVAC系统的热力学原理到车身结构的碰撞安全性——进行了一次全面的、相互关联的梳理。阅读过程中，我开始更宏观地理解为什么某一个看似孤立的部件故障，最终会影响到整车的性能表现。作者在讲解不同时代、不同品牌车型的技术演进时，加入了大量的历史背景和设计哲学，这让维修工作不再仅仅是机械的替换，而升华为一种对工程艺术的理解。这种高屋建瓴的视角，极大地拓宽了我对“汽车工程”这个概念的认知边界，让我从一个单纯的“修理工”的心态，转向了一个更具工程师素养的视角来审视问题。

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说实话，我刚翻开这本书的时候，还有点担心它会过于学术化，但很快我就被它那种务实、接地气的风格所吸引。它对工具和设备的使用规范讲解得极为具体，比如扭矩扳手的校准、示波器的波形解读技巧，这些都是在传统教材中常常被一笔带过，但在实际工作中却至关重要的细节。作者显然深谙一线技师的困扰，书中有很多“窍门”和“捷径”，当然，这里的“捷径”指的是在保证安全和质量的前提下，提高效率的专业方法。我特别喜欢其中关于排放控制系统和新能源汽车基础架构的部分，内容紧跟行业前沿，为我了解未来汽车技术的发展方向打下了很好的基础。这本书的排版也相当人性化，关键信息用粗体或不同的颜色区分，即使在光线不佳的车库里快速查找参考信息也十分方便，体现了编辑团队对目标读者的充分理解。

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这本书的叙事方式非常引人入胜，它没有采用那种枯燥的教科书式的陈述，而是通过大量的“案例研究”将理论知识串联起来，读起来更像是一部悬疑推理小说。每一章都围绕一个具体的维修难题展开，从最初的客户描述、初步的症状分析，到使用各种诊断工具进行数据采集，再到最终的故障定位和修复方案的制定，整个过程的逻辑链条清晰得让人拍案叫绝。我发现自己经常在阅读某个案例时，会不自觉地停下来，在脑海中预演一遍我的处理步骤，这极大地增强了我的实践思维能力。作者在处理电气系统故障时，对欧姆定律和基本电路原理的应用讲解得非常到位，既没有过度简化，也没有陷入纯粹的数学推导，而是完美地平衡了理论深度和实际操作的相关性。对于那些希望通过阅读来培养系统性故障排除思路的读者，这本书提供了一个极佳的模板。

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这本书简直是为汽车爱好者量身定做的，特别是对于那些渴望深入了解现代汽车构造和诊断流程的人来说。书中的插图精美且详尽，每一个复杂的机械部件都被清晰地分解并标注，即便是初学者也能轻松跟上。我尤其欣赏作者在讲解电子控制系统时的耐心和细致，他们没有直接抛出晦涩的技术术语，而是通过一系列循序渐进的实例，将复杂的传感器和执行器的协作关系描绘得淋漓尽致。阅读过程中，我仿佛置身于一个装备精良的维修车间，手握工具，面对着一个亟待解决的故障码。它不仅仅是理论的堆砌，更像是经验丰富的导师在耳边细语，传授那些书本上难以捕捉的“手感”和“直觉”。对于那些已经有些基础，但希望将自己的维修技能提升到专业水平的读者，这本书无疑提供了一个坚实的知识框架，让你可以自信地面对日益复杂的汽车技术挑战。

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