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出版者:湖北武汉大学

作者:张晓春,陈昀

出品人:

页数:286

译者:

出版时间:2008-1

价格:31.00元

装帧:

isbn号码:9787307058491

丛书系列:

图书标签:

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好的，这是一份关于一本名为《宇宙深空探索与星际航行原理》的图书简介： --- 宇宙深空探索与星际航行原理 导言：人类的终极疆域 自古以来，仰望星空一直是人类文明中最深层的冲动之一。从最早的观星者到现代的宇航先驱，我们从未停止过对宇宙无垠的想象与探索。然而，将这些想象付诸实践，跨越地球引力的束缚，抵达太阳系边缘乃至更远的深空，所需面对的是物理学、工程学、材料科学以及生命科学所能提供的最严峻的挑战。《宇宙深空探索与星际航行原理》一书，正是为那些渴望理解并参与到这一宏伟征程中的读者而作。 本书并非一本简单的太空旅行指南，而是对人类实现星际文明所必须掌握的关键科学与技术原理的深度剖析。它聚焦于如何突破传统化学燃料火箭的局限，迈向可持续的、高效的深空探测和最终的星际移民。 第一部分：深空环境的理解与应对 在离开地球磁场保护层后，航天器和宇航员将直接暴露于极端恶劣的深空环境之中。本部分详细阐述了这些环境的物理特性及其对任务规划的制约。 1. 宇宙射线的量化与防护： 深入探讨了银河宇宙射线（GCRs）和太阳高能粒子事件（SPEs）的成分、能量谱及其对电子设备和生物体的潜在危害。书中详细分析了被动屏蔽（如水、聚乙烯、液态甲烷）与主动屏蔽（如等离子体磁场偏转技术）的理论基础、效率评估及其在长期载人任务（如火星往返或木卫任务）中的可行性权衡。重点分析了蒙特卡洛模拟在预测辐射剂量方面的应用。 2. 微重力与长期生理影响： 探讨了长期处于微重力或部分重力（如火星或月球）环境下，人体骨骼、心血管系统、免疫系统和神经系统的适应性变化。本书超越了对失重不适的描述，深入讲解了对抗性运动方案的设计原理、人工重力系统的工程学概念（如旋转栖息地的动力学平衡）以及如何利用基因编辑或药理学手段来维持宇航员的长期健康。 3. 尘埃、微陨石与空间碎片威胁： 分析了柯伊伯带、奥尔特云以及近地轨道环境中的高速微粒对航天器表面的侵蚀模型。重点介绍了Whipple防护罩的多层结构设计原理、超高速撞击的材料响应，并讨论了主动清除空间碎片的潜在技术路径。 第二部分：推进系统的革命性突破 化学火箭的高推重比使其成为近地发射的首选，但其低排气速度（比冲）决定了它不适用于高ΔV（速度增量）的深空转移。本部分聚焦于下一代、具有革命性推进效率的系统。 1. 核热推进（NTP）与核电推进（NEP）： 对比了两种主要的核能利用方式。NTP通过反应堆加热液态氢至极高温度后喷射，显著提高比冲。书中详细分析了高性能核反应堆（如气冷堆或液态堆）的燃料选择（如UZrH或碳化铀）、堆芯热管理、以及如何将反应堆的热能高效转化为推力。NEP则利用核反应堆产生的电力驱动高效的等离子体推进器，书中详细介绍了霍尔效应推进器（HET）和VASIMR（可变比冲磁等离子体火箭）的工作原理、推力密度与比冲的优化曲线。 2. 聚变推进的理论前沿： 探讨了理论上能实现真正意义上“星际”速度的聚变推进技术。重点介绍了D-T（氘-氚）和更具前景的D-³He（氘-氦-3）燃料循环。书中对磁约束聚变（如托卡马克或仿星器概念在航天中的应用）和惯性约束聚变（如激光点火）在提供持续、高能量密度推力方面的工程挑战进行了深入讨论。 3. 非热力学推进概念： 概述了更具推测性但潜力巨大的推进方式，包括利用星际介质（如磁帆或集光帆）的概念。对太阳帆的受力分析、材料要求（如超轻量化纳米材料）以及光子束推进（Beam-Powered Propulsion）所需巨型地面激光阵列的能耗和瞄准精度进行了评估。 第三部分：星际导航、通信与能源供应 远距离任务要求导航精度和通信带宽的指数级提升，同时必须实现能源的完全自持。 1. 深空导航与自主决策： 随着信号延迟的增加，地面控制的重要性降低，航天器自主导航成为关键。本章详述了基于脉冲星测距（Pulsar Navigation System, PUSNAV）的原理，该技术利用脉冲星发射的稳定信号作为宇宙灯塔进行绝对定位。此外，还探讨了结合视觉相对导航（Visual Inertial Odometry）和深度学习算法，实现复杂天体（如小行星带或气态巨行星卫星群）着陆点的自主识别与规避。 2. 远距离超带宽通信： 传统无线电通信在跨越数个天文单位后信噪比急剧下降。书中详细分析了激光（光子）通信系统的优势，包括其高方向性和更小的发散角。重点讨论了光电探测器的量子效率、大气干扰对地基接收站的影响，以及如何利用自适应光学技术来补偿光束漂移。 3. 任务能源的持续性： 在远离太阳的轨道上，太阳能电池板效率骤降。本书深入研究了同位素热电发电机（RTGs）和先进的斯特林循环（ASRG）的应用限制。更重要的是，它详细介绍了兆瓦级裂变反应堆（Kilopower/MegaPower）在提供长期、高功率能源（用于驱动等离子体推进器或为大型科学载荷供电）方面的工程设计与安全冗余考量。 第四部分：星际任务架构与未来展望 本部分将技术原理整合到实际任务概念中，探讨了人类迈向太阳系边缘乃至星际空间的可行路径。 1. 快速行星际转移轨道设计： 阐述了高能霍曼转移轨道、重力助推优化以及“引力弹弓”技术（如多次金星-地球或木星辅助）的复杂多体动力学计算。重点介绍了如何利用霍曼转移以外的低能耗轨道（如“月球引力通道”或日地拉格朗日点）进行货物预置。 2. 宜居性与闭环生命支持系统： 针对超过十年任务所需，分析了生物再生式生命支持系统（BLSS）的复杂性，包括水循环、气体交换和食物生产的生态平衡。详细讨论了水培、气培技术，以及如何通过藻类反应器实现二氧化碳的有效回收和氧气的再生。 3. 目标区域的科学回报： 最后，本书展望了未来深空探测器（如飞越木卫二、土卫六或进入奥尔特云的探测器）所能带来的科学突破，包括对太阳系形成历史的重建、对地外生命迹象的搜寻，以及对更广阔星际介质的直接取样。 --- 《宇宙深空探索与星际航行原理》旨在提供一个全面、严谨且富有前瞻性的技术框架，为下一代空间工程师、物理学家和任务规划师奠定坚实的理论基础，指引人类文明向着群星进发。

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