太空飛行器空間環境模擬設備

《太空飛行器空間環境模擬設備》是2020年3月化學工業出版社出版的圖書，作者是楊建斌。

基本介紹

• 書名：太空飛行器空間環境模擬設備
• 作者：楊建斌
• ISBN：9787122355409
• 頁數：570頁
• 定價：298元
• 出版社：化學工業出版社
• 出版時間：2020年3月
• 裝幀：精裝
• 開本：16開

內容簡介

本書是我國第一部較全面論述空間環境模擬設備理論與工程設計基礎的書籍。

本書從了解太空飛行器入手，進而深入了解空間環境、空間環境對太空飛行器的損傷、空間模擬思路、試驗方法，最終達到設計研製空間環境模擬設備的目的。本書涵蓋了各種空間環境模擬設備的相關理論與設計方法；引入了先進的數值模擬方法，增加了設備研製的可靠性；論述了太空飛行器模擬試驗設備相應的控制技術，提高了設備運行的可靠性，使設備更具先進性；還引入了必要的航天標準，使設備研製及模擬試驗規範化，提高產品可靠性；匯集了國內外各種典型空間環境模擬設備以及彙編了某些名詞術語，有利於國內外文獻查閱。

總之，本書能使讀者系統了解太空飛行器概貌、空間環境、空間環境對太空飛行器的作用、模擬試驗方法，以及空間環境模擬設備設計與研製等相關知識。

圖書目錄

第1章 太空飛行器簡述1

1.1概述1

1.2航天歷史3

1.3太空飛行器分類8

1.4人造地球衛星9

1.5無人運輸器10

1.6深空探測器10

1.7空間站11

1.8載人飛船12

1.9載人運輸器13

1.10太空飛行器運輸系統13

第2章 航天空間環境及效應概述15

2.1真空環境對太空飛行器的影響及效應15

2.1.1大氣密度對太空飛行器的氣動力效應17

2.1.2壓力差效應17

2.1.3真空放電效應17

2.1.4輻射傳熱效應17

2.1.5真空出氣 （釋氣） 效應18

2.1.6材料蒸發、升華和分解效應18

2.1.7黏著和冷焊效應18

2.2冷黑與太陽輻射對太空飛行器的影響及效應19

2.2.1空間冷黑環境19

2.2.2太陽輻射對太空飛行器的影響及效應20

2.3原子氧與空間帶電粒子對太空飛行器的影響及效應21

2.3.1原子氧對太空飛行器的影響及效應21

2.3.2空間帶電粒子對太空飛行器的影響及效應22

2.4微重力環境、空間碎片與微流星環境對太空飛行器的影響及效應24

2.4.1微重力環境對太空飛行器的影響及效應24

2.4.2空間碎片 （空間垃圾） 對太空飛行器的影響及效應25

2.4.3空間微流星環境概述27

2.4.4微流星環境對太空飛行器的影響及效應28

2.5月球環境及其對太空飛行器的影響及效應28

2.5.1近月空間環境28

2.5.2月表環境29

2.5.3月球環境對太空飛行器的影響及效應29

2.6火星環境及其對太空飛行器的影響及效應30

2.6.1火星組成與火星表面形貌特徵30

2.6.2火星重力場及其對太空飛行器的影響及效應30

2.6.3火星大氣特性30

2.6.4火星表面溫度31

第3章空間環境模擬試驗32

3.1熱真空試驗33

3.1.1組件熱真空試驗的原則33

3.1.2試驗說明34

3.2熱平衡試驗36

3.3真空放電試驗37

3.3.1試驗要求38

3.3.2試驗條件38

3.3.3試驗設備及儀器39

3.4原子氧試驗技術40

3.4.1試驗設備及要求40

3.4.2試驗試樣40

3.4.3原子氧試驗的幾個參數計算40

3.5真空-紫外輻照試驗41

3.5.1試驗設備及其要求41

3.5.2試驗條件41

3.5.3試驗試樣41

3.5.4試驗數據處理42

3.6真空-質子輻照試驗42

3.6.1試驗設備及其要求42

3.6.2試驗條件43

3.6.3試驗試樣43

3.7真空-電子輻照試驗43

3.7.1試驗設備及其要求43

3.7.2試驗條件44

3.8綜合輻照試驗44

3.8.1試驗設備及要求44

3.8.2試驗條件45

3.9真空條件下材料揮發性能測試方法46

3.9.1測試條件46

3.9.2測試設備47

3.9.3試樣製備48

3.9.4測試程式48

3.9.5數據處理49

3.10熱平衡試驗和熱真空試驗實例50

第4章太空飛行器空間環境模擬試驗設備基本組成及類型53

4.1空間環境模擬試驗設備基本組成53

4.1.1真空室系統54

4.1.2真空抽氣系統（真空獲得系統）54

4.1.3空間環境效應模擬裝置57

4.1.4測控系統61

4.2空間環境模擬試驗設備基本類型64

4.2.1真空熱環境模擬試驗設備65

4.2.2空間摩擦潤滑及冷焊效應試驗設備70

4.2.3空間輻射環境模擬試驗設備71

4.2.4原子氧和紫外效應試驗設備71

4.2.5空間碎片及月塵模擬試驗設備71

4.2.6空間電推進測試試驗設備72

4.2.7空間電漿模擬試驗設備72

第5章空間環境模擬試驗設備真空系統73

5.1空間環境模擬試驗設備真空系統設計原則73

5.2空間環境模擬試驗設備中主要真空參數及計算74

5.2.1真空室的極限壓力74

5.2.2真空室的工作壓力75

5.2.3真空室的本底壓力75

5.2.4真空泵的有效抽速75

5.2.5真空室漏率76

5.2.6真空室中材料出氣77

5.2.7粗抽泵抽速計算78

5.2.8分子泵前級泵抽速計算79

5.2.9抽氣時間計算79

5.3空間環境模擬試驗設備真空系統常用流程81

5.3.1真空獲得單元配置82

5.3.2真空測量單元配置86

5.4空間環境模擬試驗設備中常用真空泵87

5.4.1螺桿真空泵88

5.4.2渦旋真空泵89

5.4.3羅茨真空泵92

5.4.4多級羅茨真空泵94

5.4.5渦輪分子泵95

5.4.6低溫泵97

5.4.7濺射離子泵103

5.4.8鈦升華泵105

5.5空間環境模擬試驗設備中常用真空規計109

5.5.1熱偶真空計109

5.5.2電阻真空計110

5.5.3壓阻真空計111

5.5.4電容薄膜真空計112

5.5.5熱陰極電離真空計113

5.5.6冷陰極電離真空計114

5.5.7B-A真空計116

5.5.8真空規的安裝117

5.6模擬室污染及監測118

5.6.1空間環境模擬試驗設備模擬室污染來源與控制118

5.6.2四極質譜計120

5.6.3真空質量監控儀123

5.6.4石英晶體微天平125

第6章 空間環境模擬試驗設備熱模擬系統127

6.1熱模擬系統概述127

6.1.1作用、功能及組成127

6.1.2熱模擬方式128

6.2熱沉129

6.2.1熱沉的結構形式129

6.2.2熱沉的壁板形式130

6.2.3管翅式熱沉的選材131

6.2.4管翅式熱沉的結構設計132

6.3空間環境模擬設備低溫系統134

6.3.1液氮系統134

6.3.2氣氮系統139

6.3.3氦製冷系統143

6.3.4機械製冷系統149

6.4空間環境熱流模擬及加熱裝置154

6.4.1太陽模擬器154

6.4.2紅外加熱籠156

6.4.3表貼式電阻加熱器157

6.4.4氣氮加熱系統158

6.5熱參數測量160

6.5.1溫度測量160

6.5.2熱流測量168

6.5.3輻照度測量176

第7章空間環境模擬試驗設備真空容器設計製造177

7.1真空容器概述177

7.2真空容器設計原則177

7.2.1總體設計要求178

7.2.2焊接要求179

7.2.3圓筒體的形位偏差179

7.3真空容器結構設計179

7.3.1艙門 （預緊、 運動）180

7.3.2筒體181

7.3.3封頭182

7.3.4法蘭187

7.3.5鞍座188

7.4真空容器強度設計計算188

7.4.1真空容器強度設計原則188

7.4.2真空容器殼體壁厚計算192

7.4.3真空容器封頭壁厚計算198

7.4.4真空容器開孔補強設計202

7.4.5真空容器筒體加強圈設計207

7.4.6外壓圓筒和球殼壁厚計算公式208

7.4.7受壓平板的應力及撓度計算210

7.4.8容器支撐結構焊縫強度計算210

7.5真空容器有限元分析計算212

7.5.1應力分析212

7.5.2應力分類213

7.5.3真空容器的結構失穩214

7.5.4真空容器的有限元分析215

7.6真空容器製造232

7.6.1真空容器的製作233

7.6.2現場氬弧焊及其注意事項234

7.6.3檢漏236

7.7真空容器清潔248

7.7.1 清潔處理的目的248

7.7.2真空容器中污染物的來源248

7.7.3清潔處理要求249

7.7.4空間模擬室清潔處理250

7.7.5真空中污染的檢測250

7.7.6安裝環境潔淨度251

第8章空間環境模擬試驗設備控制技術252

8.1概述252

8.1.1控制功能252

8.1.2控制對象分類及其特點253

8.1.3控制系統設計原則254

8.2控制系統模式256

8.3空間環境模擬試驗設備控制程式設計258

8.4空間環境模擬試驗設備人機界面262

8.4.1軟體平台簡介263

8.4.2人機界面主要功能265

8.5空間環境模擬試驗設備的電磁兼容性268

8.5.1電磁兼容性的概念268

8.5.2電磁干擾對空間環境模擬試驗設備的危害269

8.5.3空間環境模擬試驗設備中電磁干擾的傳輸方式269

8.5.4空間環境模擬試驗設備中電磁干擾的抑制270

8.6空間環境模擬試驗設備控制技術發展展望271

第9章真空熱環境模擬試驗設備274

9.1概述274

9.2熱真空試驗設備274

9.2.1設備用途274

9.2.2設備組成及功能274

9.3熱平衡試驗設備283

9.3.1設備用途283

9.3.2設備組成及功能283

9.4熱光學試驗設備292

9.4.1設備用途292

9.4.2設備組成及功能294

9.5高精度光學成像質量檢測環境模擬設備305

9.5.1設備用途305

9.5.2設備組成及功能306

第10章空間摩擦潤滑測試及冷焊效應測試試驗設備314

10.1空間固體潤滑材料真空摩擦學性能評價技術及試驗設備314

10.1.1空間固體潤滑材料314

10.1.2空間固體潤滑材料真空摩擦學性能評價技術315

10.1.3空間固體潤滑材料真空摩擦學試驗設備315

10.2空間潤滑油脂評價技術及試驗設備319

10.2.1空間潤滑油脂概述319

10.2.2空間潤滑油脂飽和蒸氣壓測試技術與設備319

10.2.3空間潤滑油脂真空潤滑性能評價技術與設備322

10.3空間活動部件性能評價技術及試驗設備325

10.3.1空間活動部件概述325

10.3.2空間典型活動部件性能評價技術及試驗設備325

10.4空間材料冷焊效應評價技術與設備338

10.4.1空間材料冷焊效應對太空飛行器活動部件的影響338

10.4.2ESA/ESTEC空間材料冷焊效應評價試驗設備342

第11章空間輻射效應模擬試驗設備345

11.1空間輻射環境與效應345

11.1.1天然輻射環境345

11.1.2典型軌道輻射環境349

11.1.3空間輻射效應353

11.2輻射效應模擬試驗技術355

11.2.1電離總劑量效應模擬試驗技術355

11.2.2位移損傷效應模擬試驗技術358

11.2.3單粒子效應模擬試驗技術359

11.3輻射效應模擬試驗設備360

11.3.1概述360

11.3.2總劑量效應模擬試驗設備361

11.3.3位移損傷效應模擬試驗設備367

11.3.4綜合輻照模擬設備372

11.3.5單粒子效應模擬試驗設備374

第12章原子氧和紫外效應試驗設備379

12.1概述379

12.1.1空間原子氧及其影響因素380

12.1.2原子氧能量383

12.2紫外及其影響因素384

12.3原子氧/紫外效應384

12.3.1原子氧效應384

12.3.2紫外效應391

12.4原子氧效應模擬試驗設備391

第13章空間碎片及月塵模擬試驗設備 399

13.1概述399

13.2空間碎片399

13.3空間碎片模擬試驗設備401

13.3.1二級輕氣炮裝置401

13.3.2雷射加速器403

13.3.3電漿加速器404

13.4空間碎片模擬典型設備405

13.5月塵406

13.6月塵模擬試驗設備主要結構409

13.7月塵模擬典型設備410

第14章電推進測試試驗設備 415

14.1電推進技術簡介415

14.2電推進測試與試驗417

14.2.1離子推力器組件測試418

14.2.2離子推力器整機測試420

14.2.3系統聯試428

14.3電推進測試與試驗設備分類、功能及系統組成430

14.3.1推力器地面試驗設備分類430

14.3.2推力器地面試驗設備功能431

14.3.3電推進測試與試驗設備系統組成434

14.4電漿防護444

14.5電推進試驗設備實例445

14.5.1美國電推進試驗設備445

14.5.2我國典型電推進試驗設備445

第15章空間電漿模擬試驗系統及電漿診斷技術448

15.1空間電漿環境概述448

15.1.1電漿來源448

15.1.2電漿密度448

15.1.3電漿溫度449

15.1.4電漿成分449

15.2空間電漿模擬試驗設備建設現狀450

15.2.1法國JONAS地面電漿環境模擬實驗系統450

15.2.2義大利INAF-IFSI地面電漿環境模擬實驗系統450

15.2.3美國海軍實驗室的SPSC電漿環境模擬實驗系統452

15.2.4北京衛星環境工程研究所電漿環境模擬設備453

15.3典型空間電漿模擬試驗系統技術指標及組成453

15.3.1主要技術指標453

15.3.2系統組成454

15.4真空分系統457

15.4.1真空分系統組成457

15.4.2真空分系統特點457

15.4.3實驗艙要求458

15.4.4源艙要求459

15.4.5真空抽氣機組459

15.4.6抽氣過程460

15.4.7輔助設備460

15.4.8測量控制系統461

15.5離子源461

15.5.1End-Hall離子源462

15.5.2陽極層離子源463

15.5.3考夫曼離子源464

15.5.4射頻離子源465

15.5.5電子迴旋共振（ECR）離子源466

15.5.6APS離子源467

15.6電漿相關的探針診斷技術468

15.6.1概述468

15.6.2朗繆爾探針469

15.6.3法拉第探針478

15.6.4阻滯勢分析儀482

15.6.5E×B探針485

第16章空間環境要素效應仿真模擬試驗技術簡介491

16.1概述491

16.2空間環境要素仿真簡述492

16.2.1研究領域492

16.2.2數值模擬要點492

16.2.3航天仿真的發展歷程493

16.2.4國外研究現狀494

16.2.5國內研究現狀494

16.3空間熱環境仿真495

16.3.1I-DEAS TMG模組簡介496

16.3.2用TMG進行太空飛行器熱分析的步驟496

16.4空間輻射環境仿真499

16.4.1空間輻射環境模型分析499

16.4.2空間輻射環境仿真系統501

16.5原子氧環境仿真503

16.5.1仿真軟體模型構成503

16.5.2太空飛行器位置計算模組504

16.5.3地球大氣模型模組504

16.5.4原子氧通量計算模組505

16.6空間碎片仿真506

16.6.1基本框架506

16.6.2三維場景數據的組織507

16.6.3主要空間目標管理507

16.6.4三維場景互動508

16.6.5仿真結果508

第17章國內外空間模擬技術及設備概況510

17.1概述510

17.2ZM系列熱真空試驗設備512

17.2.1ZM3000光學遙感器空間環境模擬試驗設備512

17.2.2ZM4300高性能光學遙感器空間環境模擬設備514

17.2.3ZM系列小型空間環境模擬試驗設備516

17.3KM系列空間環境模擬試驗設備519

17.3.1KM6000空間環境模擬試驗設備519

17.3.2KM2空間模擬器520

17.3.3KM4空間模擬器521

17.3.4KM6空間模擬器523

17.3.5KM8空間模擬器526

17.4國外典型的空間環境模擬技術研究機構及設備簡介527

17.4.1美國527

17.4.2歐洲太空局537

17.4.3日本宇宙航空研究開發機構540

17.4.4俄羅斯國家航天集團公司542

17.4.5印度空間研究組織543

17.4.6各國大型空間環境模擬設備匯總544

17.5空間效應試驗設備546

17.6空間輻射定標及光學遙感器試驗設備549

17.6.1紅外遙感器輻射定標設備549

17.6.2空間光學遙感器試驗設備553

17.7電推進試驗設備555

17.7.1蘭州空間技術物理研究所電推進器試驗設備555

17.7.2國外電推進器試驗設備557

參考文獻562