太空探索和开发

目 录 第1章　天体运行轨道 001 1.1天体运行基本定律 001 1.1.1开普勒行星运动定理 001 1.1.2牛顿运动定律和万有引力定律 002 1.2宇宙速度 003 1.2.1**宇宙速度v1-环绕速度 003 1.2.2第二宇宙速度v2-脱离速度 005 1.2.3第三宇宙速度v3-逃逸速度 005 1.3航天器轨道要素 005 1.3.1航天器轨道 005 1.3.2开普勒轨道要素 006 1.4航天器轨道分类 007 1.4.1按轨道中心体分类 007 1.4.2按轨道离地球表面高度分类 007 1.4.3按轨道平面对赤道平面倾角分类 008 1.4.4按轨道偏心率分类 008 1.4.5按与中心体同步分类 009 1.5航天器入轨 010 1.5.1直接入轨 010 1.5.2滑行入轨 010 1.5.3过渡入轨 011 1.6轨道滑行 011 1.6.1能量守恒定律 011 1.6.2航天器沿飞行轨道滑行 011 1.7轨道转移 012 1.7.1霍曼转移轨道 013 1.7.2双椭圆转移轨道 013 1.7.3地球同步转移轨道 014 1.8再入大气 014 1.8.1航天器返回轨道 014 1.8.2再入大气 015 1.9轨道摄动和轨道维持 015 1.9.1近地轨道航天器轨道维持 015 1.9.2高轨道航天器轨道维持 015 1.10航天器姿态控制 016 第2章　运载火箭 017 2.1火箭结构 017 2.2火箭推进原理 019 2.2.1液体火箭发动机 019 2.2.2固体火箭发动机 020 2.3火箭早期发展 021 2.3.1早期火箭活动 021 2.3.2对德国火箭人才和技术的争夺战 022 2.4“德尔塔”运载火箭 026 2.4.1“德尔塔”系列运载火箭简介 026 2.4.2早期“德尔塔”运载火箭 027 2.4.3“德尔塔”II运载火箭 029 2.4.4“德尔塔”III运载火箭 029 2.4.5“德尔塔”IV运载火箭 030 2.4.6“德尔塔”运载火箭未来 031 2.5“大力神”运载火箭 031 2.5.1“大力神”系列运载火箭简介 031 2.5.2“大力神”I洲际弹道导弹 032 2.5.3“大力神”II洲际弹道导弹/运载火箭 033 2.5.4“大力神”III运载火箭 035 2.5.5“大力神”IV运载火箭 035 2.6“宇宙神”运载火箭 036 2.6.1“宇宙神”运载火箭简介 036 2.6.2早期“宇宙神”洲际弹道导弹/运载火箭 037 2.6.3“宇宙神”I运载火箭 040 2.6.4“宇宙神”II运载火箭 040 2.6.5“宇宙神”III运载火箭 041 2.6.6“宇宙神”V运载火箭 042 2.7“土星”运载火箭 043 2.7.1“土星”运载火箭简介 043 2.7.2“土星”运载火箭早期发展 044 2.7.3“土星”I运载火箭 047 2.7.4“土星”IB运载火箭 049 2.7.5“土星”V运载火箭 051 2.8“战神”运载火箭 056 2.8.1“战神”运载火箭出台背景 056 2.8.2“战神”I运载火箭 057 2.8.3“战神”V运载火箭 057 2.8.4“战神”IV运载火箭 058 2.9太空发射系统 058 2.9.1太空发射系统火箭系列 059 2.9.2太空发射系统的比较 059 2.10未来运载火箭的发展 060 2.10.1改进一次性运载火箭 060 2.10.2开发核动力火箭 061 2.10.3离子电推进火箭 061 2.10.4私人企业太空商业活动 061 第3章　人造卫星 065 3.1通信卫星 066 3.1.1通信卫星 066 3.1.2地球静止轨道通信卫星 067 3.1.3近地轨道通信卫星 068 3.1.4大倾角大偏心率椭圆轨道通信卫星 069 3.2导航卫星 069 3.2.1卫星导航 069 3.2.2“子午仪”卫星导航系统 070 3.2.3全球卫星定位系统 071 3.3气象卫星 074 3.3.1气象卫星观察 074 3.3.2“泰罗斯”“艾萨”、改进“泰罗斯”极轨气象卫星 075 3.3.3“云雨”系列极轨气象卫星 076 3.3.4“戈斯”系列地球静止轨道气象卫星 077 3.4地球资源卫星 079 3.4.1卫星地球资源勘探 079 3.4.2“陆地”卫星 079 3.4.3地球观察系统 080 第4章“水星”计划 083 4.1“水星”载人飞船 083 4.2运载火箭 085 4.3航天员选拔和训练 086 4.4不载人飞行 088 4.5载人飞行 089 4.6“水星”计划成果 092 第5章　“双子星座”计划 093 5.1“双子星座”计划的诞生 093 5.2“双子星座”载人飞船 094 5.3“双子星座”运载火箭 096 5.4“双子星座”计划不载人飞行 096 5.5“双子星座”计划载人飞行 096 5.5.1“双子星座”3——铺路飞行 096 5.5.2“双子星座”4 -——美国**次太空行走 097 5.5.3“双子星座”5―创世界纪录的8天太空飞行 097 5.5.4“双子星座”7——14天太空飞行 098 5.5.5“双子星座”6A——2太空交会 099 5.5.6“双子星座”8——人类首次实现太空对接和死里逃生紧急迫降 100 5.5.7“双子星座”9A——不幸的任务 102 5.5.8“双子星座”10 104 5.5.9“双子星座”11 105 5.5.10“双子星座”12——圆满结束 106 5.6“双子星座”计划载人飞船和运载火箭 108 第6章　“阿波罗”计划 109 6.1“阿波罗”计划出台背景 110 6.2登月方式选择 112 6.3“阿波罗”飞船指令舱/服务舱 113 6.4“阿波罗”登月舱 114 6.5“土星”运载火箭 115 6.5.1“土星”I运载火箭 115 6.5.2“土星”IB运载火箭 116 6.5.3“土星”V运载火箭 116 6.6不载人飞行 116 6.6.1“土星”I运载火箭飞行 116 6.6.2“小乔伊”II运载火箭飞行 117 6.6.3“土星”IB /“土星”V运载火箭飞行 117 6.7载人飞行 118 6.7.1近地轨道载人飞行 118 6.7.2绕月飞行 119 6.7.3理想“阿波罗”载人登月过程 120 6.7.4“阿波罗”11-17载人登月飞行 122 6.8“阿波罗”登月任务的结束 129 6.9“阿波罗”-“联盟”测试计划 130 6.10登月40周年奥巴马会晤当年航天员 132 第7章　航天飞机 133 7.1航天飞机问世 135 7.2航天飞机构造 136 7.2.1轨道器 137 7.2.2固体火箭助推器 139 7.2.3外挂燃料箱 140 7.3综合发射中心39 141 7.3.1发射台39A和39B 141 7.3.2轨道器准备厂房 142 7.3.3垂直装配厂房 142 7.3.4移动发射平台 142 7.3.5履带式运输车 143 7.4航天飞机任务简述 143 7.4.1航天飞机发射 143 7.4.2轨道器在轨飞行 144 7.4.3轨道器返航和着陆 145 7.5航天飞机应用 146 7.6航天飞机退休 146 7.7航天飞机成本 148 第8章　载人航天计划主要事故 149 8.1“阿波罗”I号指令舱大火 149 8.2“挑战者”号航天飞机起飞爆炸 151 8.3“哥伦比亚”号航天飞机返程解体 154 8.3.1飞行任务 154 8.3.2返航解体过程 156 8.3.3碎片回收 157 8.3.4“哥伦比亚”号事故调查委员会 157 第9章　空间站 159 9.1空间站发展背景 159 9.2“载人轨道研究实验室”和“载人轨道实验室” 161 9.3“太空实验室” 162 9.3.1“太空实验室”任务1 163 9.3.2“太空实验室”任务2 163 9.3.3“太空实验室”任务3 164 9.3.4“太空实验室”任务4 164 9.3.5“太空实验室”结束 164 9.4“自由”号空间站 165 9.4.1设计更改不断 166 9.4.2转向国际空间站 167 9.5国际空间站 167 9.5.1国际空间站的建设 168 9.5.2国际空间站主要结构 170 9.5.3国际空间站轨道装配 171 9.5.4能源和生命保障系统 172 9.5.5轨道控制 172 9.5.6空间站运输 173 9.5.7空间站应用 174 9.5.8任务结束和退出轨道 174 9.5.9国际空间站私有化 176 9.6空间基地 176 第10章　“星座”计划 179 10.1“星座”计划背景 180 10.2“猎户座”载人飞船 181 10.2.1乘员舱 182 10.2.2服务舱 183 10.2.3发射夭折系统 183 10.3“牵牛星”月球着陆器 184 10.4地球出发级 185 10.4.1地球出发级动力配置 185 10.4.2地球出发级飞行 185 10.5“战神”运载火箭 186 10.6飞行任务 186 10.6.1近地轨道飞行 186 10.6.2飞往月球 187 10.6.3星际飞行 188 第11章　深空探测 189 11.1月球探测 190 11.1.1“徘徊者”计划 191 11.1.2“勘测者”计划 192 11.1.3“月球轨道环行器” 193 11.1.4“双子星座”计划 194 11.1.5“阿波罗”计划 194 11.1.6后续探月工程 194 11.2金星探测 196 11.3火星探测 198 11.4其他行星探测 203 11.4.1水星探测 203 11.4.2木星探测 203 11.4.3土星探测 205 11.4.4天王星探测 206 11.4.5海王星探测 206 11.5太阳、矮行星、小行星带、彗星和柯依伯带探测 206 11.5.1太阳探测 207 11.5.2矮行星和小行星探测 209 11.5.3柯依伯带探测 211 11.5.4彗星探测 211 11.6星际航行 212 11.6.1“水手”号项目 213 11.6.2“先驱者”项目 214 11.6.3“旅行者”计划 216 11.6.4“新视野”计划 219 11.7太空观测 220 11.7.1“大天文台”计划 220 11.7.2后续太空观察计划 221 第12章　航天测控通信网 225 12.1小型跟踪网 226 12.2航天器跟踪和数据采集网 228 12.3载人航天网 229 12.4深空网 231 12.5跟踪与数据中继卫星系统 233 第13章　发射场和着陆场 237 13.1肯尼迪航天中心发射场和着陆场 237 13.2卡纳维拉尔角空军基地发射场 238 13.3范登堡空军基地 239 13.4沃洛普斯飞行基地 241 13.5安德华兹空军基地 243 13.6白沙试验设施 244 13.7海上发射 246 13.8空中发射 247 第14章　国家航空航天局 249 14.1美苏太空赛 249 14.2国家航空咨询委员会 251 14.3国家航空航天局 252 14.4载人航天计划 253 14.4.1 X-15计划(1959–1968) 253 14.4.2“水星”计划(1958–1963) 254 14.4.3“双子星座”计划(1961–1966) 254 14.4.4“阿波罗”计划(1961–1972) 255 14.4.5“太空实验室”计划(1965–1979) 256 14.4.6“阿波罗”-“联盟”飞船测试项目(1972–1975) 256 14.4.7航天飞机计划(1972–2011) 257 14.4.8国际空间站(1993–) 257 14.5无人深空探测计划 258 14.5.1“先驱者”计划(1958.8.17—1978.8) 258 14.5.2“水手”号计划（1962.7—1973.11） 258 14.5.3“太阳神”探测器 259 14.5.4“海盗”计划 259 14.5.5“旅行者”计划 260 14.5.6“麦哲伦”号探测器 261 14.5.7“伽利略”探测器 261 14.5.8“哈勃”太空望远镜 261 14.5.9“火星环球测量者” 262 14.5.10火星车 262 14.5.11“新视野”号探测器 264 14.6　NASA设施 264 14.7　NASA未来 265 第15章　美国航空航天局十大中心 269 15.1埃姆斯研究中心 270 15.1.1太空任务 270 15.1.2试验风洞 271 15.2阿姆斯特朗飞行研究中心 272 15.2.1道格拉斯冲天火箭 272 15.2.2受控橦击试验 273 15.2.3气尖火箭发动机模型和黑鸟侦察机组合试验 273 15.2.4月球登陆研究飞行器 273 15.3格伦研究中心 273 15.3.1梅子河试验基地 274 15.3.2冰洞 275 15.3.3零重力研究设备 275 15.4戈达德航天飞行中心 275 15.4.1历史 276 15.4.2格林贝尔特地区内的设施 276 15.4.3格林贝尔特地区外的设施 277 15.5喷气推进实验室 277 15.5.1历史 278 15.5.2任务 279 15.6兰利研究中心 280 15.6.1历史 280 15.6.2航空 281 15.6.3航天 281 15.7斯坦尼斯航天中心 282 15.7.1历史 282 15.7.2试验台 283 15.8约翰逊太空中心 284 15.8.1历史 285 15.8.2中心设施 286 15.8.3航天员训练 289 15.8.4科学研究 289 15.9肯尼迪航天中心 290 15.9.1历史 291 15.9.2设施 291 15.9.3载人飞行任务 294 15.9.4无人探测任务 295 15.9.5国家历史景点 296 15.10马歇尔太空飞行中心 296 15.10.1历史 297 15.10.2过去任务 299 15.10.3现在和将来任务 304 附　录： 苏联/俄罗斯载人航天 307 中国航天简介 321 中英文对照 341