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第一章 绪论1

1-1 宇航物理学的任务和特点1

1-2 宇航的空间环境1

1-2-1 地球大气1

1-2-2 太阳的电磁辐射7

1-2-3 地球磁场10

1-2-4 粒子辐射12

1-2-5 微流星15

1-2-6 宇宙空间的无线电噪声17

1-2-7 空间真空19

1-2-8 空间失重20

1-2-9 空间环境模拟26

第二章 宇航运动学基础29

2-1 力学基本定理29

2-1-1 牛顿定律29

2-1-2 万有引力定律30

2-1-3 开普勒行星运动三定律31

2-1-4 引力势能31

2-1-5 第一、二、三宇宙速度32

2-2 轨道参数35

2-3 中心引力场内的运动37

2-4 轨道方程39

2-5 宇航器空间位置的确定42

2-6 宇航器的飞行速度43

2-7 椭圆轨道上卫星的周期45

2-8 同步轨道46

2-9 空间站49

2-10 行星际航行51

2-11 恒星际航行56

2-11-1 恒星际运动方程56

2-11-2 飞向恒星际59

第三章 宇航动力学基础62

3-1 作用在宇航器上的力与势能62

3-2 n体问题64

3-2-1 n体运动方程64

3-2-2 n体问题的十个积分67

3-2-3 三体问题69

3-3 拉格朗日方程69

3-3-1 达朗伯原理70

3-3-2 广义坐标71

3-3-3 拉格朗日方程71

3-3-4 哈密顿方程74

3-4 反作用飞行器的运动方程75

3-4-1 齐奥科夫斯基公式76

3-4-2 质量可变系统的动力学概念76

3-4-3 反作用飞行器的运动方程77

3-5 轨道摄动79

3-5-1 非引力摄动79

3-5-2 三体相互作用的摄动81

3-5-3 质量分布非球性摄动81

3-5-4 人造卫星的寿命82

3-6-1 单冲量调整84

3-6 轨道调整与过渡84

3-6-2 轨道过渡85

3-6-3 轨道平面的过渡86

3-6-4 轨道机动87

3-7 轨道交会88

3-8 飞向月球的动力学问题89

3-9 飞行器的返回再入91

3-10 姿态动力学基础93

3-10-1 无力矩运动94

3-10-2 力矩响应95

3-10-4 姿态扰动力矩96

3-10-3 旋转动能96

3-10-5 姿态的动力学方程99

3-10-6 挠性卫星的动力学问题100

第四章 推进动力学基础102

4-1 中国古代火箭102

4-2 火箭与宇航104

4-3 反作用运动的基本原理105

4-3-1 变质量物体运动方程105

4-3-2 火箭发动机的推力107

4-3-3 比推力107

4-3-4 火箭的理想速度108

4-3-5 火箭的飞行高度109

4-3-6 多级火箭110

4-4 液体火箭发动机原理112

4-4-1 推进剂的焓112

4-4-2 喷气速度114

4-4-3 燃气压力116

4-4-4 火箭发动机的喷管117

4-4-5 推力系数119

4-4-6 低重力液体推进剂的晃动121

4-5 固体火箭发动机的基本原理123

4-5-1 固体燃料火箭发动机的主要特点124

4-5-2 固体推进剂的点火125

4-5-3 固体推进剂燃烧时的物理化学变化125

4-5-4 燃速127

4-5-5 固体火药的燃烧定律128

4-5-6 固体推进剂的物理参数129

4-5-7 工作压力131

4-5-8 固体推进剂的比冲132

4-5-9 燃烧室的一维两相流133

4-5-10 运载火箭捆绑助推器135

4-6 电火箭137

4-6-1 电火箭的三种类型138

4-6-2 电火箭的排气速度140

4-6-3 等加速度飞行143

4-6-4 电火箭发动机的推进效率144

4-6-5 电火箭的推力145

4-7 核能火箭146

4-7-1 原子能火箭146

4-7-2 氘火箭146

4-8-1 光子火箭147

4-8 其他类型的推进系统147

4-8-2 太阳帆148

4-8-3 场共振推进148

4-9 几种推进系统的分析比较149

第五章 空间热物理学基础153

5-1 热传导153

5-1-1 热导的基本原理153

5-1-2 热导方程式155

5-1-3 热导计算157

5-1-4 高温喉衬的热导159

5-1-5 低温热导160

5-1-6 热管161

5-2 热辐射163

5-2-1 四次方定律164

5-2-2 普朗克定律164

5-2-3 辐射亮度164

5-2-4 有效辐射和净辐射热流密度166

5-2-5 角系数166

5-2-6 空间两物体间的辐射换热167

5-2-7 航天器的空间外热流168

5-2-8 热辐射防护169

5-2-9 周期性热源变化的辐射-传导换热170

5-3 对流热交换171

5-4 稀薄气体换热172

5-5 再入气动加热174

5-5-1 边界层的温度174

5-5-2 再入气动的加热量174

5-6 热防护175

5-6-1 辐射防热系统175

5-6-2 烧蚀防热176

5-6-3 隔热材料177

5-7 热应力-应变178

5-7-1 热应力平衡方程式179

5-7-2 热应力179

5-7-3 热应变位移180

5-7-4 热断裂破坏181

第六章 空间电磁学基础183

6-1 电场、磁场中的带电粒子184

6-1-1 带电粒子在静电场中的运动184

6-1-2 带电粒子在均匀磁场中的运动185

6-1-3 带电粒子在均匀电场和磁场中的运动186

6-2-2 麦克斯韦方程188

6-2-1 流体力学方程188

6-2 磁流体力学基础188

6-2-3 磁流体力学方程189

6-2-4 均匀磁场中的滋流体190

6-3 空间的地球磁场191

6-3-1 地球磁场的球谐分析192

6-3-2 地球上空的磁场192

6-3-3 地磁场的日食效应194

6-4 电离层的物理特性197

6-4-1 电子的生消过程197

6-4-3 电离层中电子浓度与黑子的关系198

6-4-2 电离层中的地球磁场198

6-4-4 电离层中电子浓度与太阳天顶角的关系199

6-4-5 电离层总电子含量199

6-4-6 电离层与空间飞行器的相互作用199

6-5 空间等离子体201

6-5-1 等离子体的物理特性201

6-5-2 等离子体温度与密度的探测204

6-5-3 再入等离子鞘206

6-6 磁层208

6-6-1 磁层边界208

6-6-2 磁层顶物理模型211

6-6-3 磁层的物理方程212

6-6-4 磁层顶对磁层磁场的影响213

6-6-5 磁层与电离层耦合214

6-6-6 太阳风和磁层能量耦合215

6-6-7 磁层亚暴217

6-6-8 近地空间的电状态218

6-6-9 空间飞行器的带电及其控制221

6-7 太阳磁场223

6-7-1 太阳风223

6-7-2 太阳黑子磁场的物理特征224

6-7-3 太阳耀斑冲击波及其对行星磁场的作用226

6-8 太阳系磁场227

6-8-1 行星际空间磁场227

6-8-2 行星磁场228

6-9 空间的电磁测量229

6-9-1 磁场的测量229

6-9-2 电场的测量231

6-9-3 卫星的磁矩测量232

7-1-1 信息的概念236

7-1-2 信息系统236

7-1 信息236

第七章 空间电子学基础236

7-1-3 信息的量度237

7-1-4 信号239

7-1-5 传感器247

7-2 电磁波传播254

7-2-1 电磁波传播254

7-2-2 无线电波的传播方式260

7-2-3 等离子体对电磁波的衰减263

7-3-1 天线的基本辐射单元264

7-3 天线264

7-3-2 天线波束的电子控制与扫描265

7-3-3 微波天线聚焦特性266

7-3-4 振子天线267

7-3-5 消旋天线269

7-3-6 表面波天线269

7-3-7 多波束卫星天线270

7-3-8 微带天线274

7-3-9 天线罩对电磁波的折射275

7-3-10 卫星天线波束的地面覆盖276

7-3-11 地面站天线278

7-4 空间通信280

7-4-1 空间通信系统的功能281

7-4-2 空间通信的分类282

7-4-3 空间通信的基本参数283

7-4-4 空间通信的基本原理287

7-4-5 行波管及其功率放大器288

7-4-6 低噪声参量放大器289

7-4-7 卫星转发器292

7-4-8 混频器293

7-4-9 调制器294

7-4-10 卫星通信的多址连接298

7-5-1 激光的产生301

7-5 激光301

7-5-2 激光的特性303

7-5-3 激光的空间应用303

7-6 超导电子学基础305

7-6-1 约瑟夫森效应305

7-6-2 约氏效应器件的应用308

第八章 制导与控制的基本原理311

8-1 导航311

8-1-1 卫星导航311

8-1-2 惯性导航313

8-1-3 回转仪315

8-1-4 加速度表321

8-1-5 天文导航322

8-1-6 天文-惯性组合式导航323

8-2 弹道控制326

8-3 轨道控制329

8-3-1 轨道捕获330

8-3-2 轨道保持332

8-3-3 轨道转移的控制334

8-3-4 地形辅助制导334

8-4-1 飞行器的姿态确定335

8-4 姿态控制335

8-4-2 姿态稳定343

8-4-3 姿态机动控制347

8-4-4 姿态捕获353

8-4-5 中继卫星姿态控制358

8-4-6 姿态控制系统模块化360

8-4-7 姿控系统的微处理机361

8-5 飞行器再入的制导与控制364

8-5-1 再入飞行的控制类型364

8-5-2 制导规律364

8-6-1 宇航测控的组成368

8-6 宇航测控基础368

8-6-2 多普勒测速原理370

8-6-3 雷达371

8-6-4 跟踪376

8-6-5 伪码测距原理378

8-6-6 干涉仪测角与定位原理379

8-6-7 误差传播系数380

8-7 制导与控制系统382

8-7-1 运载火箭的制导与控制系统382

8-7-2 卫星太阳电池阵的定向控制系统385

8-7-3 双自旋卫星的双脉冲控制系统389

8-7-4 重力梯度卫星的控制系统390

8-7-5 绳索卫星的控制系统394

8-7-6 航天飞机的制导与控制系统395

8-7-7 我国同步试验通信卫星的控制系统396

8-8 空间计算机398

第九章 空间遥感的物理基础401

9-1 电磁波辐射403

9-1-1 太阳的辐射403

9-1-2 地球的辐射405

9-1-3 物体的微波辐射407

9-1-4 电磁波传递信息410

9-2 大气效应410

9-2-1 大气透过特性410

9-2-2 电磁波的吸收411

9-2-3 电磁波的散射412

9-2-4 大气对遥感数据的影响414

9-2-5 微波辐射的大气传输416

9-3 遥感的基本原理421

9-3-1 地物波谱421

9-3-2 遥感的基本原理428

9-3-3 光学遥感方程429

9-3-4 遥感作用距离431

9-4 遥感器432

9-4-1 摄影成象434

9-4-2 扫描成象437

9-4-3 主-被动双模红外成象443

9-4-4 微波遥感444

9-4-5 遥感卫星449

9-5 图象处理449

9-5-1 图象处理的原理449

9-5-3 光学信息处理452

9-5-2 解释卫星图象的理论452

9-5-4 自射线照相强化影象457

9-5-5 卫星图象经激光增强处理后的假彩色合成458

9-5-6 数字图象处理461

9-5-7 遥感图象处理技术的发展463

9-6 遥感的应用463

第十章 空间高能物理基础466

10-1 宇宙射线466

10-1-2 能密度467

10-1-1 宇宙射线的组成467

10-1-3 宇宙射线的化学成分469

10-1-4 宇宙射线粒子的运动与加速469

10-1-5 宇宙射线粒子的能量损失471

10-1-6 宇宙射线空气簇射473

10-1-7 空间粒子辐射效应的模拟474

10-2 宇宙射线质子474

10-2-1 太阳宇宙射线的传播475

10-2-2 太阳质子事件476

10-2-3 质子、α粒子效应478

10-3 宇宙射线电子478

10-3-2 电子的能量辐射479

10-3-1 电子的产生479

10-3-3 电子的效应481

10-3-4 大气中宇宙射线绝对电离量481

10-4 γ射线482

10-4-1 γ射线的发生483

10-4-2 宇宙γ射线源484

10-4-3 高能γ射线的特性484

10-4-4 超高能γ射线486

10-4-5 光子对物质的作用486

10-5 中子488

10-6 高能辐射的探测489

10-6-1 宇宙射线成分探测仪491

10-6-2 太阳质子、α粒子探测仪491

10-6-3 宇宙射线的地下探测492

10-6-4 宇宙射线的年龄492

10-7 空间高能辐射防护494

10-7-1 辐射量和单位494

10-7-2 高能辐射对空间飞行的影响495

10-7-3 辐射防护497

附录499

参考文献519

汉英术语对照524