大航天時代的革命-重複使用航天運輸系統 路建功 9787515922584 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
今天的航天與數百年前的航海、百年前的航空一樣，是人類探索未知世界、拓展生存空間的歷史必然，必將深刻影響科技發展、文明進步的方向和進程。大航天時代，航天絕不僅僅是一個行業和領域，而是通往人類文明新紀元的一個窗口。把足跡留在更高、更遠的太空，是關乎每個民族生存空間的重大戰略問題。衝出近地軌道，探索更遙遠的宇宙，做星際航行的領航者，是實現從航天大國向航天強國邁進的應有之義。

目錄
綜述篇
第1章 航天運輸概論
1 1 發展歷程
1 2 基本分類
1 3 能力拓展
第2章 困境——傳統航天
2 1 概述
2 2 主要問題
2 3 基本出路
第3章 期冀——重複使用
3 1 概述
3 2 基本分類
3 3 發展方向
第4章 爭鳴——國外發展
4 1 美國
4 1 1 新興企業
4 1 2 主要特點
4 2 其他國家和地區
4 2 1 俄羅斯
4 2 2 歐洲
4 2 3 日本
4 2 4 印度
第5章 瓶頸——關鍵技術
5 1 概述
5 2 重複使用發動機技術
5 3 組合動力飛行器技術
5 3 1 組合動力技術發展
5 3 2 超燃衝壓發動機技術
5 3 3 組合動力技術分類
5 3 4 組合動力技術難點
5 4 傳統火箭回收技術
5 4 1 傘降回收
5 4 2 垂直返回
5 4 3 有翼飛回
5 4 4 空中回收
5 5 重複使用飛船技術
5 5 1 總體設計技術
5 5 2 動力設計技術
5 5 3 結構設計技術
5 5 4 熱防護材料技術
5 5 5 著陸回收技術
5 5 6 快速智能測試技術
5 6 空天飛行器技術
5 6 1 空天飛機技術
5 6 2 氣動布局設計
實例篇
第6章 先驅者——X項目
6 1 概述
6 2 X-15
6 3 X-20
展望篇
參考文獻

前言/序言
20世紀50年代以來，蘊藏著巨大政治、經濟、軍事、科技價值的航天領域，吸引著蘇聯、美國等大國競相發展航天技術，太空逐步成為航天大國爭奪的重要疆域。航天運輸系統是開發利用太空最重要的基礎，其技術實力直接關係到一個國家在航天領域的發展水平。當前，世界航天已進入以大規模互聯網星座建設、空間資源深度開發、載人月球探測和大規模深空探測為代表的新階段，規模化進入空間的需求正在快速增長，對航天運輸系統提出了更高要求。同時，隨著人工智慧、重複使用、新動力、新材料的快速發展，航天運輸系統的發展進入了重要機遇期和爆髮式增長期。
市場需求和技術創新「雙輪」共同驅動重複使用航天運輸系統的發展。低成本、快速響應和高可靠成為航天運輸系統追求的主要目標。運載火箭技術經過幾十年的發展，逐漸成熟並趨向于產業化發展，航天動力、電子器件、新材料、先進位造工藝等多個領域不斷獲得突破，使航天運輸系統能夠像飛機一樣往返天地之間，並在加註推進劑和簡單維護后可再次發射，以航天運輸革命引發的航天產業鏈式變革，促進航天發射需求呈指數級增長。為構建和維持穩定運行的太空基礎設施，需要大大降低進入空間的成本，將發射單位有效栽荷價格由目前的6000美元／千克（平均估算）降到2000美元／千克以下，而大幅度降低發射成本是一次性火箭難以做到的，重複使用航天運輸系統成為降低成本的重要途徑。
重複使用是人類對常用工具的基本要求。以汽車為例，汽車是當代社會最常用的代步工具，但如果汽車完成一次旅程后就不得不被拋棄，那麼使用汽車的費用將超出大部分人的承受範圍。航天發展史上，人類用一次性運載火箭把衛星等有效載荷送入太空的成本相當高。使用一次性運載火箭很難實現低成本航天運輸的理念，也很難達到快速響應的目標要求。重複使用航天運輸系統是人類進出空間、探索宇宙的新「天梯」，是世界航天大國的基礎裝備和航天實力的標誌性體現。重複使用航天運輸系統可大幅降低成本，顯著提升應用靈活性，是實現快速響應發射的重要途徑，成為航天運輸系統創新發展的主導方向。通過提高航天運輸系統本身的可靠性，採用多次重複使用、費用均攤的原則，可以大大降低發射費用；通過採用新的設計理念和先進的發射方式，能縮短髮射周期，提高發射的機動性、靈活性和快速性。
航天強國在重複使用航天運輸系統研究方面取得了一系列成果。從美國早期研製的X系列驗證機、20世紀70年代研製成功的太空梭，到近年來SpaceX公司研製的重複使用「獵鷹」-9火箭，都凸顯出重複使用技術是航天領域發展的熱點。航天運輸系統的發展趨勢是，從一次性使用逐步向完全重複使用航天運輸系統發展，在發展的過程中會經歷部分重複使用技術的過渡。部分重複使用航天運輸系統在發射后，關鍵組件可以採用氣動減速裝置（或反推火箭）著陸，或帶翼自主返回地面，經檢修和試驗后重複使用，而其他不便於回收的部件則被拋掉。從目前分析看，以火箭發動機為動力的兩級入軌重複使用航天運輸系統，是近期各國發展的主要方向；而組合動力的單級入軌空天飛機，仍是重複使用航天運輸系統的理想形式和最高奮鬥目標。
按照人類的美好願望，希望能夠實現航天運輸系統的全部回收和完全重複使用，比如空天飛機。但完全重複使用航天運輸系統技術難度大，許多國家按照循序漸進的原則進行研製，經歷了前所未有的曲折。某項計劃的取消並不代表對重複使用航天運輸系統研製的放棄，恰恰相反，人類總是在失敗當中尋找成功的可能，失敗的經驗比成功的實踐更具有啟迪性。正是通過不斷的嘗試，總結失敗的教訓和繼承已經取得的成果，重複使用航天運輸技術不斷取得突破性進展。有足夠的理由讓我們相信，在經過時間和技術的沉澱后，重複使用航天運輸技術必將迎來快速發展的重大突破，推動太空領域創新鏈、產業鏈、供應鏈整體變革，帶動航天運輸系統蓬勃發展，快速、可靠、廉價地進入太空的目標將越來越近。傳統的進入太空、利用太空和控制太空的方式，以及太空系統的研發生產、部署應用、管理控制模式等，將發生根本轉變。廉價、便捷進入太空成為現實，規模化、批量化和重複使用成為重要趨勢，航天運輸系統的發展建設進入了一個向上的拐點。
2011年9月，SpaceX公司啟動重複使用運載火箭發展計劃，其後用了很長時間四處遊說，應者摩拳擦掌，疑者眾說紛紜，更多的是觀望者，在等待歷史的答案。直到2015年12月21日，SpaceX公司創下了全球首次軌道級發射火箭的陸地回收壯舉，馬斯克的夢想終於照進了現實，SpaceX公司對航天領域的巨大衝擊開始顯現。截至2023年3月19日，SpaceX公司自2010年「獵鷹」-9火箭首發以來總計進行了210次航天發射，150次重複使用一級火箭，馬斯克夢想的場景和形態已一一實現，重複使用火箭成為SpaceX公司的名片。此外，「超重一星艦」完全重複使用運輸系統正如火如荼地發展，重複使用航天運輸系統正以勢不可擋態勢奔涌而來。
誰擁有了重複使用航天運輸系統，誰就擁有了自由進出太空的優勢；誰擁有了自由進出太空的優勢，誰就擁有了大規模開發利用太空的未來。身處大航天時代，我們對重複使用航天運輸系統的規模化應用充滿期待。作為新時代的航天人，有必要去深度梳理重複使用航天運輸系統發展的來龍去脈。美國是開展重複使用航天運輸系統研究時間最早、制定和實施計劃最多、投入資金數量也最大的國家，而且其研究具有良好的持續性，取得了豐碩的成果，代表了重複使用航天運輸系統的先進水平。因此，本書重點介紹美國重複使用航天運輸系統的發展歷程、關鍵技術、演示驗證試驗等方面的情況，並且也介紹了其他國家在重複使用航天運輸系統方面的研究情況。
本書是重複使用航天運輸技術創新團隊共同努力的結果，也是廣大重複使用航天運輸系統同行學者、專家集體智慧的結晶。路建功、張洗、唐志強主要負責第1、2、11、12、13章的撰寫，諶廷政、李文雯、吳威、趙征宇主要負責第3、9、15章的撰寫，呂久明、陳欽碧、梁曉東、任德法主要負責第6、8、10章的撰寫，張建勛、徐慧娟、張墨主要負責第5、14章的撰寫，王文化、張文琪、劉歡主要負責第4、7章的撰寫。李兵負責全書綱目制定和統稿，承擔了書稿內容整體策劃與設計。李曉超、鄧海琴、劉嘉承擔了全書的校對和第3、5、7章部分內容的勘正補充工作。本書在重複使用航天運輸系統發展過程和驗證試驗方面的介紹較為詳盡，對涉及的關鍵核心技術也進行了探討，期望對從事這方面研究的同仁們和航天愛好者有一定的學習參考價值。