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出版者:

作者:斯威尔托

出品人:

页数:604

译者:

出版时间:2008-3

价格:99.00元

装帧:

isbn号码:9787506291569

丛书系列:

图书标签:

• 自然科学
• 激光原理
• 激光技术
• 光学
• 物理学
• 光电子学
• 量子光学
• 非线性光学
• 激光应用
• 电磁学
• 光学材料

飞船设计与推进系统优化：跨越星际的工程挑战 图书名称：飞船设计与推进系统优化 作者：[虚构作者姓名，例如：张宏伟，李明哲] 出版社：[虚构出版社名称，例如：星际航行技术出版社] --- 内容提要： 本书深入探讨了当代及未来星际载人及无人航天器的系统工程设计理念、关键子系统的集成优化，以及革命性推进技术的理论基础与工程实现路径。全书结构严谨，内容涵盖了从初步任务需求定义到最终的飞行器结构强度分析与热控策略的完整流程。特别关注了在极端深空环境下对材料科学、能源管理和生命保障系统的严苛要求，旨在为航天工程师、空间科学研究人员以及高级航天技术爱好者提供一套全面、深入且具有前瞻性的技术参考框架。 --- 第一部分：任务需求与飞船总体设计哲学 本部分首先界定了星际任务的本质区别——即时间尺度、能源预算与冗余设计的根本性转变。我们从任务剖析入手，详细阐述了如何将科学目标、载荷需求、有效载荷质量和预定航程转化为明确的工程约束条件。 第一章：星际任务的约束与驱动力 1.1 速度需求与时间窗的博弈：地球-火星、地-木以及更远距离航行的轨道力学基础。 1.2 质量预算的铁律：有效载荷占比与推进剂质量比的敏感性分析。 1.3 长期自主性要求：对冗余度、故障检测、隔离与恢复（FDIR）系统的早期规划。 第二章：飞船总体构型与模块化设计 2.1 构型选择的权衡：中心核式、桁架式与分布式推进系统的优缺点对比。 2.2 模块化与可扩展性：如何在地面制造、运输与在轨组装之间取得平衡。 2.3 结构承载与应力分析：模拟深空变载荷环境下的结构完整性验证方法。重点分析了大型太阳能帆板阵列和散热器在振动与热应力下的动态响应。 --- 第二部分：推进系统的前沿技术与性能评估 推进系统是决定星际航行可行性的核心要素。本部分摒弃传统化学火箭的局限性，专注于高比冲、高推重比的新一代推进技术，并提供详细的性能建模工具。 第三章：先进电推进系统（EPS）的深度解析 3.1 霍尔效应推力器（HET）的优化：等离子体鞘层管理、电极侵蚀速率的降低技术。 3.2 离子推力器（Gridded Ion Thrusters）：栅格材料的选择、高功率密度下的热管理挑战及寿命预测模型。 3.3 磁等离子体动力学推力器（MPDT/VASIMR的原理与工程挑战）：高频感应耦合的效率提升方案。 第四章：核能热推进（NTP）与核聚变推进（Fusion Propulsion）的对比研究 4.1 固体核芯与液态/气态燃料反应堆：辐射屏蔽设计与安全准则。 4.2 聚变概念推进：惯性约束聚变（ICF）与磁约束聚变（MCF）在航天应用中的可行性分析。特别是对D-T燃料循环和先进的Aneutronic聚变反应的初步探索。 4.3 推进剂的优化选择：液氢、液甲烷与新型氢化物作为工质的效率评估。 第五章：非常规推进概念的可行性评估 5.1 太阳帆与光帆的推力放大技术：聚焦技术与激光/微波束驱动阵列的地面验证。 5.2 磁帆与等离子体气动：在星际介质中利用磁场或电场产生反作用力。 5.3 曲速引擎理论的工程边界（理论探讨）：对阿尔库比耶雷度规的数学结构及其所需负能量密度的物理学局限性审视。 --- 第三部分：能源、热控与生命保障集成 远距离任务对能源的持续供应和环境的精确控制提出了近乎苛刻的要求。本部分集中于飞船核心支撑系统的创新。 第六章：高功率密度电源系统 6.1 兆瓦级放射性同位素热电机（RTG）的升级：从钚-238到更具潜力的同位素源研究。 6.2 紧凑型核裂变反应堆（Fission Reactor）在航天中的应用：散热器面积的优化与功率转换效率的提升（斯特林循环与布雷顿循环）。 6.3 储能技术：用于峰值功率需求的超导磁能存储（SMES）与先进固态电池的集成。 第七章：动态与被动热管理策略 7.1 极端温差下的热平衡：针对星际空间与近恒星环境的热量散发设计。 7.2 可变辐射率表面（VRS）与智能热控流体回路的应用。 7.3 关键电子元件的局部冷却：微通道热沉技术与两相流体回路的可靠性分析。 第八章：深空生命支持与辐射防护 8.1 闭环生命保障系统（CELSS）的生态平衡：水、氧气与食物的再生效率极限。 8.2 长期微重力对宇航员生理学的影响与对策：人工重力系统的设计考量（旋转栖息舱的结构动力学）。 8.3 宇宙射线防护的有效性评估：被动屏蔽材料（如聚乙烯、水）与主动磁屏蔽系统的结合方案。 --- 第四部分：导航、控制与自主运行 深空任务的通信延迟要求飞船具备前所未有的自主决策能力。本部分关注高精度导航、轨道维持与故障自修复机制。 第九章：星际导航与相对定位 9.1 深空测距与计时：高精度原子钟网络的应用与VLBI（甚长基线干涉测量）在星际尺度上的校准。 9.2 自主天体识别与定位：利用脉冲星定时作为绝对参考系的导航（Pulsar Navigation）。 第十章：飞船的容错与软件定义架构 10.1 硬件在环与软件在环的联合测试验证流程。 10.2 基于人工智能的故障诊断与任务重规划：神经网络在实时环境监测中的应用。 10.3 飞行软件的安全性与形式化验证方法。 --- 附录：关键工程参数表与计算工具 包含常用的星际推进效率计算公式、材料的辐射损伤阈值、以及用于轨道传播和推进剂消耗的编程示例代码库索引。 本书特点： 本书汇集了多学科的尖端研究成果，将理论物理的深刻洞察与严谨的航天工程实践相结合。它不仅是一本面向工程实施的手册，更是一部引导未来星际探索技术发展的路线图。读者将全面掌握设计一艘能够穿越太阳系、抵达遥远星辰的复杂飞行器的全过程所需知识体系。

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我最近一直在寻找一本能够真正帮助我系统梳理现代光学基础的参考书，市面上的很多书籍要么过于侧重理论推导而缺乏实际应用案例，要么就是内容过于浅显，蜻蜓点水。然而，这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅停留在理论的层面，而是非常巧妙地将基础的光学定律与实际的工程应用场景紧密结合起来。例如，在讲解光束传播特性的章节中，作者并没有简单地给出数学公式，而是结合了光学系统设计中的常见问题，比如衍射限制和像差校正，提供了详尽的分析思路。我尤其喜欢它对实验验证部分的描述，那些详细的实验设置和数据分析方法，对于想将理论付诸实践的研究人员来说，简直是宝藏。通过阅读这些内容，我对自己手中仪器的局限性和优化方向有了更深刻的认识。这本书的论述逻辑严密且具有说服力，它不是简单地告诉你“是什么”，而是深入挖掘了“为什么是这样”，这种探究精神是真正优秀学术著作所必备的品质。

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我花费了整整一个周末来消化书中关于干涉和衍射的章节，体验感是相当震撼的。这本书最让我称道的一点是它对问题的分解和处理方式，它似乎有一种魔力，能将那些看起来复杂无比的物理模型，拆解成一个个清晰可操作的步骤。比如，在讨论多光束干涉时，它不仅给出了理论的菲涅尔公式，还详细讨论了实际光谱线展宽的原因和如何通过调整几何参数来优化干涉条纹的对比度。这种从理论到实践，再从实践反思理论深度的闭环学习体验，是其他任何我读过的书籍都无法比拟的。而且，书中提供的大量习题（虽然我还没有完全攻克它们），每一道都设计得十分巧妙，绝非简单的数字代换，而是真正考验对物理原理的掌握程度。这本书无疑是我书架上最有分量的专业读物之一，它不仅传授了知识，更塑造了一种严谨的科学思维模式。

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这本书的语言风格非常沉稳、严谨，读起来有一种令人信服的力量。作者的文字功底深厚，每一个术语的定义都精准无误，没有丝毫模糊不清的地方，这对于一个需要精确知识的领域来说至关重要。我发现，即使是涉及到高等数学和傅里叶分析的部分，作者也处理得非常得当，他没有过度依赖复杂的数学符号来堆砌篇幅，而是用清晰的文字和恰当的比喻来解释背后的物理意义。这种平衡感把握得极好，既保证了科学的严谨性，又兼顾了读者的可理解性。我记得有一次我被某个复杂的量子力学概念卡住了很久，翻阅这本书的对应章节后，作者通过一个巧妙的类比，一下子就让我茅塞顿开。这种润物细无声的教化效果，是很多硬邦邦的教材所不具备的。总的来说，这是一本让人愿意反复研读，每次都能从中汲取新知的宝典。

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坦白说，我最初对这本书的期望并不算太高，因为涉及如此前沿的物理主题，很容易写成晦涩难懂的“天书”。但这本书完全打破了我的固有印象。它在内容深度和广度上都达到了一个令人赞叹的高度。它不仅涵盖了经典的光学理论，更对近年来新兴的研究热点，比如超材料中的光传播特性，给予了充分的关注和介绍，这让我得以站在学科的前沿去审视整个领域的发展脉络。更难得的是，书中对一些历史上的经典争论和关键性的实验突破都有所提及，这使得整个知识体系更加立体和丰满，让人理解到科学进步是一个曲折而充满智慧的过程。它不只是一个知识的集合，更像是一部光学发展史的浓缩版，带着读者去感受科学思想的演变。这种兼顾历史纵深感和前沿动态性的叙事方式，极大地拓宽了我的视野，让我对未来的研究方向有了更清晰的定位。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调，搭配着精致的银色烫印字体，立刻就给人一种专业而又充满科技感的印象。我特地找了一个阳光很好的下午，在落地窗边翻开了它。首先映入眼帘的是清晰的排版和高质量的纸张，阅读体验非常舒适，长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。章节之间的过渡非常自然流畅，即使是像我这样对前沿物理了解不深的读者，也能感受到作者在引导我们逐步深入。书中的插图和图表简直是教科书级别的范本，每一个示意图都绘制得极其精确，对于理解抽象概念起到了至关重要的作用。尤其是那些复杂的物理过程，通过图示的辅助，仿佛一下子就变得清晰可见了。我特别欣赏作者在引入新概念时所采取的循序渐进的策略，总能先从宏观现象入手，再层层剥茧地剖析背后的微观机制，这种教学方法极大地降低了初学者的入门门槛，让人感觉学习物理不再是一件高不可攀的苦差事，而更像是一场充满发现的旅程。这本书的细节处理得非常到位，足以见得作者在内容组织上花费了大量的心血。

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