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1.1 概述1

1.1.1 载人航天技术的含义1

1.1.2 发展载人航天的意义1

第一章 载人航天技术发展概况1

1.1.3 载人空间站航天系统的内容3

1.1.4 载人航天器的组成3

1.2 载人航天发展概况4

1.2.1 载人航天技术的发展阶段4

1.2.2 载人航天器的发展5

1.3 载人航天的未来发展10

1.3.1 国际空间站的建成与运营10

1.3.2 载人行星探测11

1.4 中国载人航天发展途径12

参考文献12

2.2 载人飞船航天系统13

2.2.1 载人飞船系统13

2.1 概述13

第二章 载人飞船航天系统与载人飞船总体设计13

2.2.2 运载火箭系统14

2.2.3 航天员系统16

2.2.4 发射场系统17

2.2.5 着陆场系统17

2.2.6 测控与通信系统18

2.2.7 应用系统18

2.3 载人飞船总体设计20

2.3.1 载人飞船的设计依据20

2.3.2 载人飞船总体设计的一般原则22

2.3.3 载人飞船的构型和总体布局及总体参数22

2.3.4 载人飞船总体指标的确定与分配31

2.3.5 载人飞船的分系统配置32

2.3.6 载人飞船的气动力设计33

2.3.7 载人飞船的轨道设计和飞行程序34

参考文献38

第三章 载人航天器轨道动力学39

3.1 概述39

3.2 轨道动力学基础39

3.2.1 摄动运动方程39

3.2.2 兰伯特问题41

3.3 地月转移轨道42

3.3.1 概述42

3.3.2 限制性四体问题43

3.3.3 限制性三体问题44

3.4 相对运动方程45

3.4.1 坐标系45

3.4.2 物理量符号定义47

3.4.3 绝对空间的相对加速度47

3.4.5 相对运动方程48

3.4.4 轨道坐标系角速度及角加速度48

3.4.6 线性化相对运动方程的解49

3.4.7 非线性相对运动方程的解50

3.5 空间交会策略55

3.5.1 概述55

3.5.2 目标航天器轨道56

3.5.3 脉冲推力轨道交会56

3.5.4 小推力轨道交会57

3.6 返回运动方程59

3.6.1 概述59

3.6.2 坐标系与气动力分量60

3.6.3 一般返回运动方程63

3.6.4 配平攻角飞行的运动方程67

3.7 绳系系统动力学68

3.7.1 载人航天器与绳系系统68

3.7.2 绳系系统动力学特性69

3.7.3 绳系系统的运动71

3.7.4 绳系系统的控制73

3.7.5 绳系系统运动方程76

参考文献81

第四章 载人航天器乘员系统82

4.1 概述82

4.2 人在航天中的任务和作用83

4.3 航天员分类84

4.3.1 职业航天员85

4.3.2 非职业航天员85

4.4 航天员系统86

4.5 飞行医学监督与保障设备87

4.5.1 飞行医学监督设备87

4.5.2 环境卫生监测设备89

4.5.3 飞行医学保障设备91

4.6 飞行医学实验设备92

4.6.1 空间质量测量设备93

4.6.2 血压测量设备94

4.6.3 人体代谢分析及肺功能测试设备95

4.6.4 图像诊断设备97

4.6.5 其它设备97

4.7 飞行对抗措施设备98

4.7.1 锻炼设备99

4.7.2 非锻炼设备101

4.7.3 药物104

4.7.4 人工重力105

4.7.5 其它对抗措施106

4.8 航天食品106

4.8.1 食品营养保障106

4.8.2 食品系统107

4.8.3 食品卫生113

4.9.1 航天服114

4.9 航天服及个人装备114

4.9.2 个人救生物品123

参考文献123

第五章 载人航天器环境控制与生命保障系统125

5.1 概述125

5.1.1 环控生保系统在载人航天技术中的地位和意义125

5.1.2 环控生保系统的功能和基本组成126

5.1.3 环控生保系统的界面关系和设计约束条件128

5.1.4 环控生保技术中微重力问题研究130

5.1.5 系统的可靠性、安全性研究131

5.1.6 载人航天器环控生保系统的分类133

5.2 短期飞行载人航天器环控生保系统134

5.2.1 舱压体制136

5.2.2 气体贮存136

5.2.3 供气调压技术137

5.2.4 座舱大气通风净化技术139

5.2.5 温湿度控制技术142

5.2.6 废物收集处理技术146

5.2.7 座舱内环境应急及舱内航天服技术149

5.2.8 水管理技术150

5.2.9 座舱烟火检测与防火灭火技术152

5.2.10 测量控制技术153

5.2.11 航天员居住设施154

5.3 物理化学再生式环控生保系统155

5.3.1 物理化学再生式环控生保系统基本概念155

5.3.2 氧的再生技术156

5.3.3 水的再生技术161

5.4 受控生态生保系统164

5.4.1 受控生态生保系统的基本概念164

5.4.2 受控生态生保系统研究的主要问题165

5.5 出舱活动环控生保系统166

5.5.1 舱外航天服166

5.5.2 携带式环控生保系统167

5.5.3 出舱活动的测量、通信、控制及机动能力169

参考文献169

第六章 载人航天器结构与机构系统170

6.1 概述170

6.1.1 结构与机构分系统的功能170

6.1.2 结构与机构分系统的组成171

6.2 设计条件172

6.2.1 航天器系统总体要求172

6.2.2 总装对结构的设计要求174

6.2.3 分系统向结构提出的要求174

6.2.4 环境与载荷174

6.3 载荷与强度分析174

6.3.1 载荷条件174

6.3.2 结构强度条件177

6.4.1 鉴定试验181

6.4 舱体结构试验181

6.4.2 验收试验183

6.5 舱段结构的分类与结构形式183

6.5.1 密封舱184

6.5.2 壳体结构190

6.6 载人航天器上所用的机构和装置199

6.6.1 对机构的要求和分类199

6.6.2 结构与机构分系统常用的机构和装置200

6.6.3 连接与分离机构和装置204

6.6.4 船箭连接分离系统217

6.6.5 舱段连接与分离系统218

6.7 空间对接装置219

6.7.1 用途与功能219

6.7.2 类型219

6.7.3 常用对接装置220

参考文献223

7.1.1 再入气动加热的严重性224

第七章 载人航天器防热结构224

7.1 概述224

7.1.2 克服再入气动热的途径225

7.1.3 防热结构设计的基本要求和过程226

7.2 防热结构设计与分析228

7.2.1 热容吸热防热228

7.2.2 辐射防热结构231

7.2.3 烧蚀防热结构239

7.3 防热结构试验247

7.3.1 材料筛选试验247

7.3.2 热结构匹配试验249

7.3.3 防热结构的再入气动加热模拟试验252

参考文献256

8.1.2 载人飞船GNC技术发展概况258

8.1.1 基本概念及定义258

8.1 概述258

第八章 载人航天器制导、导航与控制系统258

8.2 载人飞船GNC系统的任务、设计原则及组成260

8.2.1 载人飞船GNC系统的任务260

8.2.2 载人飞船GNC系统的设计原则260

8.2.3 载人飞船GNC系统的组成260

8.3 载人飞船轨道运行段三轴姿态确定和控制266

8.3.1 飞船姿态运动方程266

8.3.2 载人飞船姿态确定272

8.3.3 载人飞船姿态控制律设计280

8.3.4 载人飞船的全姿态捕获技术285

8.3.5 飞船离轨前建立制动发动机点火姿态288

8.3.6 航天员手动运动控制289

8.4 载人飞船再入大气层控制技术292

8.4.1 概述292

8.4.2 再入大气层的控制技术292

参考文献297

第九章 载人航天器热控制系统298

9.1 航天器空间环境298

9.1.1 宇宙真空和深黑低温298

9.1.2 微重力299

9.1.3 空间外热流299

9.2 航天器热控系统基本换热公式300

9.2.1 导热公式300

9.2.2 对流换热公式300

9.2.3 辐射换热公式301

9.3 热控系统设计依据302

9.3.1 热控系统的任务302

9.3.2 总体对热控的要求302

9.3.3 热控系统的工作内容302

9.3.4 载人航天器对热设计的特殊要求302

9.4 航天器热平衡计算303

9.5 航天器热控系统组成304

9.5.1 热设计与热计算子系统304

9.5.2 被动热控子系统305

9.5.3 液体冷却回路子系统310

9.5.4 主动热控子系统314

9.5.5 地面调温子系统317

9.5.6 真空热试验子系统318

9.6 航天器热试验319

9.6.1 热平衡试验319

9.6.2 热真空试验327

9.6.3 返回着陆升温试验328

9.6.4 地面调温试验328

9.7 航天器热控技术的发展329

参考文献330

10.2.1 电源系统的组成331

10.2 一般电源系统描述331

10.1 名词术语331

第十章 载人航天器电源系统331

10.2.2 电能源与贮能装置332

10.2.3 配电系统334

10.3 电源系统的职能334

10.3.1 一般技术要求334

10.3.2 系统级职能335

10.4 电源系统的系统级设计336

10.4.1 电源系统选择与设计原则336

10.4.2 电源系统系统级设计过程337

10.4.3 载人航天器电源系统设计特点337

10.5 太阳光电电源系统338

10.5.1 概述338

10.5.2 太阳电池阵339

10.5.3 蓄电池组342

10.5.4 电源系统总体构型343

10.6 燃料电池与再生式燃料电池345

10.6.1 概述345

10.6.2 燃料电池反应原理346

10.6.3 再生式燃料电池346

10.7 太阳动力发电系统347

10.7.1 概述347

10.7.2 聚能器347

10.7.3 接收器347

10.7.4 能源转换设备348

10.8 空间核电源349

10.8.1 核能的空间应用349

10.8.2 核电源系统组成349

10.9 空间系绳发电系统350

10.9.1 概述350

10.9.2 发电与贮能351

10.10.1 电源系统概述352

10.10 “阿波罗”飞船电源系统352

10.9.3 飞行试验352

10.10.2 燃料电池系统353

10.10.3 蓄电池系统355

10.10.4 配电系统357

10.11 “天空实验室”电源系统358

10.11.1 燃料电池—蓄电池系统358

10.11.2 太阳电池阵—蓄电池系统359

10.12 航天飞机轨道器电源系统360

10.12.1 燃料电池与蓄电池组360

10.12.2 捕助发电装置361

10.13 空间站电源系统361

10.13.1 电源系统需求361

10.13.2 概念研究与方案选择361

10.13.3 混合电源系统362

10.14.1 “联盟”号飞船电源系统364

10.14 苏联载人航天器电源系统364

10.14.2 “礼炮”号与“和平”号空间站电源系统365

10.15 中国“神舟”号飞船电源系统365

10.15.1 概述365

10.15.2 太阳电池阵366

10.15.3 电源系统总体设计367

10.15.4 安全性、可靠性设计368

参考文献369

第十一章 载人航天器测控与通信系统370

11.1 概述370

11.2 美俄载人航天测控与通信系统370

11.2.1 美国载人航天测控与通信系统370

11.2.2 俄罗斯载人航天测控与通信系统377

11.3 测控与通信的基本原理377

11.3.1 跟踪测轨377

11.3.2 遥测380

11.3.3 遥控381

11.3.4 图像信息传输382

11.3.5 天地话音传输382

11.3.6 信道设计383

11.4 载人航天测控与通信系统工程设计中的几个问题384

11.4.1 电磁兼容性问题384

11.4.2 空间环境适应性设计问题384

11.4.3 可靠性与安全性设计问题385

11.5 分包遥测和分包遥控385

11.5.1 开放系统互连模型385

11.5.2 分包遥测遥控概念385

11.5.3 分包遥测标准388

11.5.4 分包遥控标准393

11.6 高级在轨系统401

11.7 “神舟”号飞船测控与通信分系统406

11.7.1 任务与功能406

11.7.2 分系统组成与工作原理407

11.7.3 分系统技术特点411

参考文献411

第十二章 载人航天器数据管理系统412

12.1 概述412

12.2 航天器数管系统的主要功能和设计特点414

12.2.1 航天器数管系统的主要功能414

12.2.2 航天器数管系统的设计特点415

12.3 航天器数管系统体系结构415

12.3.1 集中式体系结构415

12.3.2 分布式体系结构416

12.3.3 “神舟”号飞船数管系统421

12.4 数管系统部件简介422

12.4.1 返回舱中央单元1（CTU1）422

12.4.2 轨道舱中央单元2（CTU2）424

12.4.3 串行数据总线424

12.4.5 应急数据记录器CRU425

12.4.4 远置单元425

12.4.6 数传复接器DTCU426

12.5 航天器数管系统功能设计426

12.5.1 遥控遥测功能设计426

12.5.2 时钟管理设计427

12.5.3 航天器程序控制功能设计427

12.5.4 数据处理功能设计428

12.5.5 自主控制功能设计428

12.5.6 数管系统内务管理设计429

12.5.7 数管系统救生功能设计433

12.5.8 其它功能434

12.6 航天器数管系统软件434

12.6.1 概述434

12.6.2 数管系统软件设计特点435

12.6.3 数管系统CTU1软件437

12.6.5 数管系统软件的在轨维护438

12.6.4 数管系统CTU2软件438

参考文献439

第十三章 载人航天器推进系统440

13.1 概述440

13.1.1 基本术语440

13.1.2 航天器推进系统的功用441

13.1.3 航天器推进系统的分类441

13.2 航天器液体火箭推进系统446

13.2.1 液体火箭推进的系统方案446

13.2.2 航天器液体火箭推进系统主要组件449

13.2.3 载人航天器液体推进系统设计455

13.3 国外载人航天器液体火箭推进458

13.3.1 载人飞船推进系统458

13.3.2 空间实验室与空间站推进系统461

13.3.3 航天飞机推进系统464

13.4 中国“神舟”号飞船的推进分系统465

13.3.5 货运飞船推进系统465

13.3.4 航天员舱外活动机动装置465

13.4.1 轨道舱推进子系统466

13.4.2 返回舱推进子系统466

13.4.3 推进舱推进子系统468

13.5 航天器推进系统的展望471

13.5.1 新型火箭推进471

13.5.2 化学火箭推进剂471

13.5.3 液体火箭推进系统472

13.5.4 新材料和新工艺473

13.5.5 检测与测试手段473

参考文献473

第十四章 载人航天器仪表照明系统475

14.1 概述475

14.2 仪表照明系统的功能475

14.2.1 仪表系统的功能475

14.2.2 照明系统的功能476

14.3 仪表系统总体设计477

14.4 照明系统设计478

14.4.1 基本要求478

14.4.2 仪表系统照明479

14.4.3 舱内公用照明479

14.4.4 舱外照明479

14.5 载人航天器中的仪表479

14.5.1 大气数据系统的几个仪表480

14.5.2 竖直刻度仪表481

14.5.3 伺服仪表与带式仪表482

14.5.4 数字仪表484

14.5.5 组合指令指示器484

14.5.6 T形布局仪表板484

14.5.7 阴极射线管（CRT）显示器485

14.6.2 系统组成486

14.6.1 任务与功能486

14.5.8 彩色液晶平板显示器486

14.6 “神舟”号飞船仪表照明系统486

14.6.3 技术特点488

14.7 国外典型载人飞船仪表系统489

14.7.1 “联盟”号飞船仪表系统489

14.7.2 “阿波罗”飞船指挥舱仪表系统490

14.8 航天飞机仪表492

14.8.1 航天飞机驾驶舱仪表系统492

14.8.2 航天飞机后舱仪表系统492

14.8.3 平视显示仪492

14.8.4 仪表显示与图像信息合成的头盔显示器495

14.8.5 注意及警告系统496

参考文献498

第十五章 载人航天器应急救生系统499

15.1 概述499

15.1.1 载人航天应急救生499

15.1.2 发射段救生方式501

15.2 “联盟TM”飞船的应急救生系统502

15.2.1 应急救生系统的任务502

15.2.2 系统设计中主要考虑的因素502

15.2.3 系统组成503

15.2.4 中止飞行及应急救生系统工作模式505

15.3 “阿波罗”飞船的逃逸救生系统508

15.3.1 概述508

15.3.2 逃逸系统的设计要求509

15.3.3 中止飞行程序510

15.3.4 发动机511

15.3.5 鸭式翼系统514

15.3.6 程序装置系统515

15.3.7 飞行动力学分析515

15.3.8 结构516

15.4.1 待发射段及发射段的应急救生517

15.4 “神舟”号飞船的应急救生517

15.3.9 风洞试验517

15.4.2 运行段及返回段的应急救生519

参考文献519

第十六章 载人航天器回收与着陆系统520

16.1 概述520

16.1.1 垂直着陆520

16.1.2 水平着陆521

16.1.3 现状与发展521

16.2 回收与着陆系统的任务523

16.3 回收与着陆系统工作特点和设计原则523

16.4 回收与着陆系统的组成524

16.4.1 减速装置524

16.4.2 着陆缓冲装置524

16.4.6 标位装置525

16.4.5 伞舱结构525

16.4.4 控制装置525

16.4.3 执行机构525

16.4.7 漂浮装置526

16.4.8 扶正装置526

16.5 减速装置526

16.5.1 降落伞系统的组成527

16.5.2 稳定下降速度527

16.5.3 常用的降落伞伞型528

16.5.4 降落伞系统的设计532

16.5.5 开伞冲击载荷和伞衣收口技术534

16.6 着陆缓冲装置538

16.6.1 着陆分析538

16.6.2 压溃或压碎型缓冲装置539

16.6.3 缓冲气囊539

16.6.4 着陆反推火箭发动机540

16.7.2 回收与着陆控制方法和控制仪器541

16.7 回收与着陆程序的控制541

16.7.1 基本设计要求541

16.7.3 载人飞船回收与着陆程序控制实例542

参考文献545

第十七章 载人航天器地面测试与故障模拟546

17.1 载人航天器测试的目的及意义546

17.2 载人航天器测试方法和手段546

17.2.1 可测试性分析和设计546

17.2.2 测试方案547

17.3 载人航天器测试系统简介549

17.3.1 地面测试系统549

17.3.2 电测试系统软件552

17.3.3 测试系统的安全性和可靠性553

17.3.4 “神舟”号载人飞船地面综合测试系统的特点554

17.4 研制过程的地面测试556

17.4.1 测试阶段划分556

17.4.2 测试级别558

17.4.3 “神舟”号载人飞船地面综合测试560

17.5 载人航天器故障模拟561

17.5.1 概述561

17.5.2 故障模拟系统组成563

17.5.3 故障模拟方法563

17.5.4 地面故障诊断系统564

17.5.5 天地一体化故障诊断系统567

参考文献567

第十八章 载人航天器环境模拟试验569

18.1 概述569

18.1.1 地面试验的重要性569

18.1.2 力学环境569

18.1.3 空间环境570

18.1.4 航天产品等级与试验分类571

18.2.1 载人航天器结构特点572

18.2 力学环境模拟试验572

18.2.2 试验条件573

18.2.3 试验方法575

18.2.4 试验设备579

18.2.5 试验数据处理584

18.3 真空热环境试验586

18.3.1 载人航天器真空热试验的特点586

18.3.2 试验条件586

18.3.3 试验方法588

18.3.4 试验设备589

18.3.5 载人真空热环境试验及其设施591

参考文献595

第十九章 载人航天器的可靠性596

19.1 概述596

19.1.1 载人航天器可靠性工作的重要意义596

19.1.2 可靠性与安全性的关系597

19.1.3 工程研制与生产阶段可靠性主要工作项目598

19.2 可靠性设计与分析598

19.2.1 载人航天器可靠性设计分析工作特点598

19.2.2 可靠性、安全性定性设计分析技术600

19.2.3 可靠性、安全性定量设计分析技术607

19.2.4 可靠性、安全性综合设计与分析616

19.2.5 软件质量与可靠性617

19.3 可靠性试验技术620

19.3.1 载人航天器可靠性试验的特点620

19.3.2 环境应力筛选620

19.3.3 可靠性增长和增长试验623

19.3.4 可靠性鉴定与验收试验626

19.3.5 可靠性试验的综合利用629

参考文献629