空間科學(xué)概論

目錄
序言 i
前言 iii
第一章 為什么要進(jìn)入空間開展研究 1
第一節(jié) 概述 1
第二節(jié) 了解未知的空間環(huán)境 2
第三節(jié) 突破大氣層對(duì)電磁波的阻隔 2
第四節(jié) 利用軌道高度資源 3
第五節(jié) 揭去地球重力的面紗 4
第六節(jié) 利用其他空間環(huán)境 4
第七節(jié) 空間科學(xué)的定義 5
參考文獻(xiàn) 6
第二章 人類探索和進(jìn)入空間的歷史 7
第一節(jié) 概述 7
第二節(jié) 人類探索空間的歷史 7
一、人類對(duì)空間研究的歷史 7
二、從伽利略開始的空間觀測技術(shù)發(fā)展 11
三、人類進(jìn)入空間的簡史 14
第三節(jié) 人類探索空間的*新技術(shù)進(jìn)展 19
一、火箭技術(shù) 19
二、衛(wèi)星與探測器技術(shù) 20
三、測控通信技術(shù) 21
四、發(fā)射和回收?qǐng)黾夹g(shù) 22
參考文獻(xiàn) 23
第三章 空間科學(xué)的重大前沿問題之一 24
第一節(jié) 概述 24
第二節(jié) 宇宙的起源與演化 24
一、時(shí)間維度 24
二、空間維度 26
三、重要的前沿問題 28
第三節(jié) 太陽活動(dòng)對(duì)人類的影響 33
一、太陽活動(dòng) 33
二、行星際空間天氣 34
三、地球磁層 34
四、地球電離層 36
五、中高層大氣 37
六、重要的前沿問題 38
參考文獻(xiàn) 40
第四章 空間科學(xué)的重大前沿問題之二 41
第一節(jié) 概述 41
第二節(jié) 地球系統(tǒng)及其未來的變化 41
一、地球的圈層 41
二、重大科學(xué)前沿問題 47
第三節(jié) 微重力科學(xué)和空間生命科學(xué) 49
一、如何模擬微重力環(huán)境 49
二、微重力條件下，什么改變了？ 52
三、生物輻射效應(yīng) 52
四、基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn) 53
五、重要的前沿問題 53
參考文獻(xiàn) 54
第五章 航天系統(tǒng)工程與各系統(tǒng)的組成 56
第一節(jié) 概述 56
第二節(jié) 航天系統(tǒng)工程 56
一、復(fù)雜性 57
二、風(fēng)險(xiǎn)性 58
三、高成本性 59
四、政治與社會(huì)效益敏感性 59
第三節(jié) 航天系統(tǒng)工程各系統(tǒng)組成 60
一、衛(wèi)星（飛行器）系統(tǒng) 61
二、運(yùn)載系統(tǒng) 62
三、發(fā)射場系統(tǒng) 64
四、測控系統(tǒng) 65
五、地面應(yīng)用系統(tǒng) 66
參考文獻(xiàn) 67
第六章 空間科學(xué)任務(wù)必備的技術(shù)基礎(chǔ)之一：軌道/姿態(tài)/測控 68
第一節(jié) 概述 68
第二節(jié) 關(guān)于時(shí)空的基本概念 68
一、關(guān)于空間 69
二、關(guān)于時(shí)間 70
第三節(jié) 衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 71
一、開普勒三定律 71
二、衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué) 71
三、幾種常用的軌道 73
四、軌道機(jī)動(dòng)與有限推力 76
第四節(jié) 衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 78
一、常見的姿態(tài)穩(wěn)定方式 78
二、衛(wèi)星姿態(tài)描述 79
三、衛(wèi)星姿態(tài)控制 80
第五節(jié) 衛(wèi)星測控 81
一、衛(wèi)星測控系統(tǒng)的任務(wù) 81
二、衛(wèi)星測控系統(tǒng)的技術(shù)體系 81
三、中國航天測控網(wǎng) 82
四、衛(wèi)星跟蹤測軌與定軌方法 82
參考文獻(xiàn) 83
第七章 空間科學(xué)任務(wù)必備的技術(shù)基礎(chǔ)之二：科學(xué)載荷與其使用環(huán)境 84
第一節(jié) 概述 84
第二節(jié) 空間科學(xué)與探測有效載荷 85
一、靜電場和靜磁場，以及低頻電磁波探測器 85
二、低頻射電探測器 87
三、微波遙感器 87
四、毫米波、亞毫米波遙感器 88
五、太赫茲遙感器 89
六、紅外遙感器 89
七、可見光遙感器 90
八、紫外遙感器 91
九、X射線遙感器 91
十、伽馬射線探測器 92
十一、電子、粒子探測器 92
十二、公用設(shè)備 93
第三節(jié) 衛(wèi)星對(duì)科學(xué)載荷的環(huán)境要求 94
一、機(jī)械力學(xué)環(huán)境要求 94
二、熱環(huán)境要求 95
三、電源使用要求 96
四、電磁兼容環(huán)境要求 97
五、控制與信息使用要求 98
六、輻射環(huán)境要求 98
參考文獻(xiàn) 99
第八章 空間科學(xué)任務(wù)必備的技術(shù)基礎(chǔ)之三：任務(wù)規(guī)劃與運(yùn)行 100
第一節(jié) 概述 100
第二節(jié) 空間科學(xué)任務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng) 100
一、空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)的六大系統(tǒng) 100
二、科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng) 101
三、公共支撐系統(tǒng) 101
四、系統(tǒng)研制流程 102
第三節(jié) 科學(xué)任務(wù)的規(guī)劃 102
一、探測與實(shí)驗(yàn)需求分析 103
二、飛行器條件與資源限制 105
三、任務(wù)規(guī)劃的編制與執(zhí)行 108
第四節(jié) 科學(xué)數(shù)據(jù)的接收 109
一、科學(xué)數(shù)據(jù)接收站 109
二、飛行器過境時(shí)間與下傳的數(shù)據(jù)率 110
三、科學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)處理 111
第五節(jié) 科學(xué)數(shù)據(jù)的分級(jí)與分發(fā) 111
一、科學(xué)數(shù)據(jù)分級(jí) 111
二、科學(xué)數(shù)據(jù)分發(fā) 112
三、數(shù)據(jù)政策 112
四、科學(xué)數(shù)據(jù)歸檔 113
參考文獻(xiàn) 113
第九章 空間科學(xué)任務(wù)必備的管理基礎(chǔ)之一：空間科學(xué)任務(wù)的提出和遴選 114
第一節(jié) 概述 114
第二節(jié) 對(duì)前沿科學(xué)問題的判斷 114
一、戰(zhàn)略規(guī)劃階段 115
二、美國的空間科學(xué)戰(zhàn)略規(guī)劃方式及特點(diǎn) 116
三、歐洲的空間科學(xué)戰(zhàn)略規(guī)劃方式及特點(diǎn) 117
四、我國的空間科學(xué)規(guī)劃 118
第三節(jié) 凝練科學(xué)目標(biāo) 119
一、如何提出科學(xué)目標(biāo)？ 119
二、科學(xué)目標(biāo)的可實(shí)現(xiàn)性 119
三、科學(xué)目標(biāo)的重大性 120
四、科學(xué)目標(biāo)對(duì)學(xué)科發(fā)展的貢獻(xiàn)度 120
第四節(jié) 遴選有效載荷 120
第五節(jié) 任務(wù)分析與描述 121
第六節(jié) 確定任務(wù)對(duì)飛行器/衛(wèi)星的使用要求 121
第七節(jié) 建議書的遴選 122
參考文獻(xiàn) 123
第十章 空間科學(xué)任務(wù)必備的管理基礎(chǔ)之二：空間科學(xué)任務(wù)研制流程與科學(xué)家和工程師的職責(zé) 124
第一節(jié) 概述 124
第二節(jié) 預(yù)研階段 125
一、概念階段的預(yù)研 125
二、空間科學(xué)任務(wù)的預(yù)先研究 125
三、背景型號(hào)預(yù)研 126
第三節(jié) 立項(xiàng)前的評(píng)審 127
一、科學(xué)目標(biāo)和有效載荷配置的評(píng)審 127
二、對(duì)衛(wèi)星使用要求的評(píng)審 128
三、六大系統(tǒng)綜合論證 128
四、對(duì)任務(wù)經(jīng)費(fèi)概算的評(píng)估 129
第四節(jié) 工程研制階段 129
一、可行性論證和設(shè)計(jì)階段 130
二、工程研制與試驗(yàn)驗(yàn)證階段 130
三、飛行件生產(chǎn)階段 131
四、發(fā)射場測試和發(fā)射 132
五、在軌測試和交付 132
參考文獻(xiàn) 132
第十一章 空間科學(xué)任務(wù)必備的管理基礎(chǔ)之三：空間科學(xué)任務(wù)的質(zhì)量管理與風(fēng)險(xiǎn)控制管理 134
第一節(jié) 概述 134
第二節(jié) 空間科學(xué)任務(wù)產(chǎn)品研制的質(zhì)量管理 134
一、質(zhì)量手冊和程序文件 136
二、文件控制 136
三、出現(xiàn)質(zhì)量問題后的歸零 137
四、對(duì)技術(shù)狀態(tài)變更的控制 138
第三節(jié) 空間科學(xué)任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)控制管理 139
一、對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和預(yù)測 140
二、對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的控制與管理 141
參考文獻(xiàn) 143
第十二章 空間科學(xué)任務(wù)必備的管理基礎(chǔ)之四：全價(jià)值鏈管理和產(chǎn)出評(píng)估 144
第一節(jié) 概述 144
第二節(jié) 空間科學(xué)任務(wù)各利益相關(guān)方之間的關(guān)系 144
第三節(jié) 產(chǎn)出評(píng)估 147
參考文獻(xiàn) 150
第十三章 國際合作 151
第一節(jié) 概述 151
第二節(jié) 國際合作的必要性 152
第三節(jié) 主要合作形式 154
第四節(jié) 面臨的挑戰(zhàn) 155
參考文獻(xiàn) 156
第十四章 中國的空間科學(xué)規(guī)劃 157
第一節(jié) 概述 157
第二節(jié) 科學(xué)主題及其分解后的科學(xué)問題 157
一、宇宙和生命是如何起源和演化的 157
二、太陽系與人類的關(guān)系是怎樣的 158
第三節(jié) 根據(jù)科學(xué)問題提出的科學(xué)任務(wù)建議 159
一、“黑洞探針”計(jì)劃 159
二、“天體號(hào)脈”計(jì)劃 159
三、“天體肖像”計(jì)劃 159
四、“天體光譜”計(jì)劃 159
五、“系外行星探測”計(jì)劃 160
六、“太陽顯微”計(jì)劃 160
七、“太陽全景”計(jì)劃 160
八、“鏈鎖”計(jì)劃 160
九、“微星”計(jì)劃 160
十、“探天”計(jì)劃 161
十一、“火星探測”計(jì)劃 161
十二、“小行星探測”計(jì)劃 161
十三、“木星系統(tǒng)探測”計(jì)劃 161
十四、“水循環(huán)探測”計(jì)劃 162
十五、“能量循環(huán)探測”計(jì)劃 162
十六、“生物化學(xué)循環(huán)探測”計(jì)劃 162
十七、“輕盈”計(jì)劃 163
十八、“輕飏”計(jì)劃 163
十九、“輕焰”計(jì)劃 163
二十、“空間基礎(chǔ)物理”計(jì)劃 163
二十一、“騰云”計(jì)劃 163
二十二、“桃源”計(jì)劃 163
二十三、“載人航天工程”科學(xué)計(jì)劃 163
第四節(jié) 支持空間科學(xué)的前沿技術(shù) 164
一、超高分辨率成像技術(shù) 164
二、超高精度時(shí)間基準(zhǔn)技術(shù) 165
三、分布式衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù) 165
參考文獻(xiàn) 166
第十五章 空間科學(xué)與空間技術(shù)和空間應(yīng)用的關(guān)系 167
第一節(jié) 概述 167
第二節(jié) 空間技術(shù)的定義 167
第三節(jié) 空間科學(xué)的定義 168
第四節(jié) 空間應(yīng)用的定義 169
第五節(jié) 三者之間的關(guān)系 170
參考文獻(xiàn) 171