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第1章 概述1

1.1 航天飞机设计历程1

1.2 航天飞机应用历程4

第2章 航天飞机总体设计6

2.1 简介6

2.2 航天飞机总体布局6

2.2.1 航天飞机布局6

2.2.2 主要总体参数7

2.3 航天飞机主要分系统10

2.3.1 轨道器10

2.3.2 外贮箱12

2.3.3 固体助推器16

2.4 航天飞机飞行程序21

2.4.1 发射倒计时21

2.4.2 飞行程序设计21

2.4.3 固体助推器回收26

2.5 再次发射准备与重复使用情况27

2.5.1 各分系统再次发射准备27

2.5.2 航天飞机重复使用情况27

第3章 航天飞机轨道器气动设计30

3.1 简介30

3.2 气动布局设计31

3.2.1 气动布局概述31

3.2.2 气动布局设计准则31

3.2.3 气动布局发展演变34

3.3 气动力39

3.3.1 气动力分析方法39

3.3.2 气动特性39

3.4 气动热环境52

3.4.1 气动热环境分析方法53

3.4.2 哥伦比亚号航天飞机气动热环境数据分析53

3.5 气动数据库62

3.5.1 气动数据管理的严峻挑战63

3.5.2 气动数据库管理基本原则64

3.5.3 气动数据库管理效能评估66

3.5.4 气动数据库设计手册68

3.5.5 气动数据库管理经验69

第4章 航天飞机轨道器再入轨迹设计71

4.1 简介71

4.2 初期再入段轨迹设计71

4.2.1 再入走廊设计72

4.2.2 再入走廊内参考轨迹设计77

4.3 能量管理段轨迹设计82

4.3.1 能量走廊83

4.3.2 轨迹线设计方法85

4.4 自动着陆段轨迹设计88

4.4.1 自动着陆段下滑轨迹线88

4.4.2 下滑轨迹线的几何描述和数学特征描述90

第5章 航天飞机轨道器制导控制设计96

5.1 简介96

5.2 执行机构配置97

5.2.1 气动舵面配置97

5.2.2 反作用控制系统配置97

5.3 初期再入段制导与控制系统100

5.3.1 初期再入段制导系统100

5.3.2 初期再入段控制系统107

5.4 能量管理段制导与控制系统116

5.4.1 能量管理方案的发展过程116

5.4.2 能量管理段制导系统116

5.4.3 能量管理段控制系统121

5.5 自动着陆段制导与控制系统122

5.5.1 自动着陆制导与控制结构124

5.5.2 自动着陆制导与控制策略128

第6章 航天飞机轨道器结构系统设计130

6.1 简介130

6.2 结构设计准则130

6.2.1 设计系数131

6.2.2 安全裕度132

6.2.3 静弹性132

6.2.4 动特性133

6.2.5 使用寿命135

6.3 航天飞机轨道器结构系统137

6.3.1 前机身结构137

6.3.2 中机身结构141

6.3.3 后机身结构146

6.3.4 翼面结构149

6.4 航天飞机轨道器的制造过程154

第7章 航天飞机轨道器热防护系统设计156

7.1 简介156

7.2 热防护系统方案设计流程157

7.3 热防护系统设计要求158

7.3.1 热防护系统的结构性能要求与完整性设计目标158

7.3.2 热防护系统的基本结构性能要求158

7.3.3 热防护系统的完整性设计目标159

7.4 热防护系统材料技术特点160

7.4.1 一般性描述160

7.4.2 隔热材料160

7.4.3 高温结构材料161

7.4.4 表面涂层163

7.5 航天飞机轨道器热防护系统方案设计164

7.5.1 热防护系统方案概述164

7.5.2 机头锥及翼前缘热防护设计164

7.5.3 机身大面积区域热防护设计168

7.5.4 低温推进剂贮箱热防护174

7.5.5 间隙填充设计176

7.6 热防护系统设计的灾难与改进176

第8章 航天飞机轨道器动力系统设计178

8.1 简介178

8.2 动力系统组成与布局178

8.2.1 动力系统组成178

8.2.2 动力系统工作过程179

8.2.3 动力系统布局180

8.3 主发动机的性能特点与研制过程180

8.3.1 主发动机工作原理180

8.3.2 主发动机研制过程及改进183

8.4 轨道机动系统与反作用控制系统的性能特点190

8.4.1 轨道机动系统190

8.4.2 反作用控制系统192

8.4.3 推进剂交叉输送系统194

第9章 航天飞机轨道器电气系统设计197

9.1 简介197

9.2 制导导航与控制系统197

9.2.1 简介197

9.2.2 制导系统199

9.2.3 导航系统200

9.2.4 控制系统202

9.3 电源与配电系统202

9.4 通信与跟踪系统206

9.5 测量系统208

9.5.1 正式运行测量系统209

9.5.2 研制飞行测量系统209

第10章 航天飞机轨道器健康管理系统设计210

10.1 简介210

10.2 系统组成211

10.3 航天飞机主发动机健康管理设计212

10.3.1 简介212

10.3.2 实时振动监视212

10.3.3 定量风险评估214

10.3.4 广义似然比试验221

10.3.5 贝叶斯置信网络229

10.4 防热系统健康管理设计237

10.4.1 简介237

10.4.2 系统组成238

10.4.3 传感器布置238

10.4.4 设计与分析240

10.5 碰撞损害预测健康管理设计242

10.5.1 观察窗口的碰撞243

10.5.2 撞击试验245

10.5.3 BUMPER结果245

第11章 航天飞机轨道器环境控制与生命保障系统设计247

11.1 简介247

11.2 系统组成247

11.3 环境控制系统设计249

11.3.1 座舱压力制度249

11.3.2 气体储存250

11.3.3 供气调压250

11.3.4 座舱大气净化251

11.3.5 座舱温度控制253

11.3.6 座舱湿度控制258

11.4 生命保障系统设计259

11.4.1 废物收集处理259

11.4.2 座舱内环境应急措施261

11.4.3 水管理261

11.4.4 座舱火烟检测与防火灭火262

11.4.5 航天员居住设施262

11.4.6 气闸舱262

11.5 环控生保系统设计反思与展望265

第12章 航天飞机轨道器其他系统设计267

12.1 简介267

12.2 被动温控系统267

12.3 辅助动力装置系统267

12.3.1 系统概述267

12.3.2 工作原理270

12.4 液压系统270

12.4.1 系统概述270

12.4.2 液压动力系统271

12.5 起落架系统272

12.5.1 系统概述272

12.5.2 前起落架和主起落架273

12.5.3 制动装置和防滑系统273

12.6 吹除、排气、排液系统274

12.7 有效载荷释放和回收系统276

12.8 警告与报警系统277

12.9 烟雾探测和消防系统279

第13章 航天飞机运行使用与维护281

13.1 简介281

13.2 航天飞机轨道器返回维护方案281

13.2.1 安全维护检查281

13.2.2 外观检查283

13.3 航天飞机轨道器转运程序285

13.3.1 转运前检查285

13.3.2 转运准备工作287

13.3.3 转运实施方案293

13.4 航天飞机测试发射检查297

13.4.1 防热系统检查298

13.4.2 动力系统检查298

13.4.3 机构系统检查300

13.4.4 结构系统检查300

13.4.5 电气系统检查301

13.4.6 其他检查工作301

13.5 航天飞机发射移交程序302

第14章 航天飞机设计与工程经验303

14.1 简介303

14.2 航天飞机设计的影响因素303

14.2.1 大气密度切变303

14.2.2 夜光云的影响304

14.2.3 高空气象电击影响308

14.2.4 通信问题310

14.2.5 全球定位卫星系统的运行问题310

14.2.6 边界层的非对称转捩312

14.3 航天飞机高超声速再入飞行的设计经验313

14.3.1 气动设计经验315

14.3.2 气动防热设计经验315

14.3.3 返回控制设计经验317

14.4 航天飞机工程经验319

14.4.1 概述319

14.4.2 航天飞机第一次飞行气动力异常319

14.4.3 航天飞机SRM点火冲击波问题321

14.4.4 固体火箭助推器入水冲击及回收问题323

14.4.5 航天飞机尾裙失效324

14.4.6 航天飞机起飞载荷325

14.4.7 航天飞机性能裕度327

14.4.8 航天飞机轨道器结构328

14.4.9 航天飞机概念选择历史329

14.4.10 SSME的主要失效经历330

14.4.11 51-L挑战者号失败338

14.4.12 航天飞机振动试验340

14.4.13 SSME旋转问题341

14.4.14 外挂贮箱氢气消能器344

14.4.15 外挂贮箱绝热发泡剂345

第15章 航天飞机重大事故与改进347

15.1 简介347

15.2 航天飞机重大事故347

15.3 航天飞机改进350

15.4 暴露问题及经验教训354

第16章 航天飞机研制经费统计与经济性分析358

16.1 简介358

16.2 费用统计358

16.2.1 航天飞机费用演变情况358

16.2.2 航天飞机初期方案的费用估算359

16.2.3 航天飞机的研制费用362

16.2.4 航天飞机的研制合同累计金额369

16.3 航天飞机的费用模型与分析369

16.3.1 航天飞机的费用模型369

16.3.2 航天飞机的研制费用分析376

16.4 航天飞机经济性分析378

第17章 总结380

参考文献383