《納米衛(wèi)星空間微推進(jìn):進(jìn)展、挑戰(zhàn)與未來(lái)》一書(shū)聚焦航天領(lǐng)域前沿課題納米衛(wèi)星的微推進(jìn)技術(shù)。隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展,納米衛(wèi)星憑借其低成本、高靈活性和快速部署的優(yōu)勢(shì),在通信、遙感、深空探測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。然而,如何為這些微小衛(wèi)星提供簡(jiǎn)單、高效、精準(zhǔn)、可靠的推進(jìn)系統(tǒng),成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。本書(shū)系統(tǒng)梳理了該領(lǐng)域的最新研究成果,深入探討了技術(shù)瓶頸與未來(lái)發(fā)展方向,為相關(guān)領(lǐng)域科研人員、工程技術(shù)人員及航天愛(ài)好者提供了寶貴的參考。
原著由寧波諾丁漢大學(xué)航空航天學(xué)院助理教授Kean How Cheah博士執(zhí)筆,匯集了全球眾多專家學(xué)者的智慧結(jié)晶。書(shū)中不僅詳細(xì)介紹了各類微推進(jìn)技術(shù)(如電推進(jìn)、冷氣推進(jìn)、離子液體推進(jìn)等)的工作原理、性能特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用案例,還客觀分析了當(dāng)前微推進(jìn)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn),如推力精確控制、能源效率優(yōu)化、長(zhǎng)期可靠性等問(wèn)題。此外,本書(shū)還對(duì)未來(lái)微推進(jìn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了前瞻性展望,為讀者勾勒出一幅清晰的科研路線圖。
微推進(jìn)技術(shù)雖屬小眾領(lǐng)域,卻是推動(dòng)航天創(chuàng)新的重要基石。近年來(lái),中國(guó)在微小衛(wèi)星研發(fā)與應(yīng)用方面取得了顯著進(jìn)展,而本書(shū)的引進(jìn)恰逢其時(shí),有望為我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的研究者提供新的思路與啟發(fā)。希望本書(shū)的中譯本能為國(guó)內(nèi)航天科技的發(fā)展略盡綿力,也期待更多同行投身這一充滿潛力的領(lǐng)域,共同推動(dòng)人類探索太空的宏偉事業(yè)。
在翻譯本書(shū)過(guò)程中,我們深刻體會(huì)到作者嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度與深厚的專業(yè)素養(yǎng)。為盡可能準(zhǔn)確傳達(dá)書(shū)中的技術(shù)細(xì)節(jié)與核心理念,我們?cè)谛g(shù)語(yǔ)翻譯、理論表述等方面反復(fù)推敲,力求既符合中文表達(dá)習(xí)慣,又不失原文的科學(xué)性與專業(yè)性。同時(shí),我們也針對(duì)國(guó)內(nèi)讀者的需求,對(duì)部分背景知識(shí)進(jìn)行了適當(dāng)補(bǔ)充,以便不同層次的讀者都能從中受益。
譯者在歷時(shí)數(shù)月的翻譯工作中,得到了中國(guó)空間技術(shù)研究院推進(jìn)領(lǐng)域多位專家的悉心指導(dǎo),以及出版社各位同仁給予的支持,在此深表謝意。由于微推進(jìn)技術(shù)涉及多學(xué)科交叉,書(shū)中難免存在晦澀難懂之處,若有疏漏,懇請(qǐng)讀者不吝指正。愿本書(shū)中文版能成為推動(dòng)中國(guó)航天微小型化、高精度化發(fā)展的一塊基石,見(jiàn)證人類探索浩瀚宇宙的每一步跨越。
第1章微納衛(wèi)星的出現(xiàn)1
1.1微納衛(wèi)星概念1
1.2立方星的誕生4
1.3立方星的發(fā)射6
1.4第一個(gè)立方星8
1.5用于科學(xué)任務(wù)和商業(yè)化的立方星10
1.6地球外的立方星10
1.7對(duì)微推進(jìn)系統(tǒng)的需求12
參考文獻(xiàn)14
第2章冷氣微推力器16
2.1背景和工作原理16
2.2噴管理論17
2.3推進(jìn)劑的選擇19
2.4最新進(jìn)展有飛行經(jīng)歷的系統(tǒng)20
2.4.1SNAP1(SSTL,薩瑞衛(wèi)星技術(shù)公司)21
2.4.2MEPSI(The Aerospace Corporation,航天集團(tuán))22
2.4.3CanX2和CanX4/5(UTIAS/SFL)23
2.4.4Delfin3Xt(TNO,U.Twente和TU Delft)24
2.4.5POPSATHIP1(微航天)25
2.4.6PRISMA,TW1 A和GomX4B(納米航天)25
2.4.7NanoACE和MarCO(VACCO)26
2.4.8BEVO2和ARMADILLO(得州大學(xué)奧斯汀分校)28
2.5挑戰(zhàn)和未來(lái)29
2.5.1通過(guò)MEMS進(jìn)行噴管小型化30
2.5.2微噴管設(shè)計(jì)優(yōu)化32
參考文獻(xiàn)37
第3章固體微推力器40
3.1引言40
3.2固體推進(jìn)劑41
3.2.1燃燒劑43
3.2.2氧化劑44
3.2.3其他反應(yīng)物45
3.2.4推進(jìn)劑47
3.3固體推進(jìn)原理49
3.3.1推力室壓力和穩(wěn)定性49
3.3.2燃燒模型51
3.4固體推力器設(shè)計(jì)52
3.5固體微推力器進(jìn)展53
3.5.1非MEMS微推力器53
3.5.2MEMS基微推力器57
3.6結(jié)論和展望62
參考文獻(xiàn)64
第4章液體推進(jìn)劑微推力器67
4.1歷史背景和工作原理67
4.1.1歷史背景67
4.1.2工作原理68
4.2液體推進(jìn)劑69
4.2.1推進(jìn)劑性能69
4.2.2從雙組元到單組元70
4.2.3從宏觀到微觀72
4.2.4綠色高能離子推進(jìn)劑的出現(xiàn)72
4.3液體微推力器最新進(jìn)展74
4.3.1肼推力器74
4.3.2高能離子液體基綠色推進(jìn)劑推力器74
4.3.3從小衛(wèi)星到納衛(wèi)星81
4.3.4正在研發(fā)的系統(tǒng)85
4.4挑戰(zhàn)與未來(lái)91
4.4.1雙組元微推進(jìn)系統(tǒng)91
4.4.2單組元微推進(jìn)系統(tǒng)92
參考文獻(xiàn)94
第5章電熱微推力器97
5.1歷史背景和工作原理97
5.2電熱微推進(jìn)現(xiàn)狀98
5.2.1常規(guī)電阻加熱微推力器98
5.2.2一個(gè)非常規(guī)選擇:低壓電阻加熱微推力器104
5.2.3一個(gè)更非常規(guī)選擇:太陽(yáng)能熱推進(jìn)105
5.3電熱微推力器的推進(jìn)劑選擇107
5.4常規(guī)電阻加熱微推力器理論分析110
5.5結(jié)論和未來(lái)挑戰(zhàn)113
參考文獻(xiàn)116
拓展閱讀118
第6章靜電微推力器119
6.1背景119
6.2工作原理120
6.2.1電離及等離子體產(chǎn)生121
6.2.2離子加速122
6.2.3離子束中和123
6.3推進(jìn)劑選擇124
6.3.1氣體124
6.3.2液體125
6.3.3固體126
6.4最新進(jìn)展127
6.4.1經(jīng)飛行驗(yàn)證的系統(tǒng)127
6.4.2開(kāi)發(fā)中的系統(tǒng)129
6.5挑戰(zhàn)與未來(lái)137
6.5.1優(yōu)化137
參考文獻(xiàn)139
第7章電磁微推力器144
7.1背景144
7.2推力器類型146
7.2.1脈沖等離子體推力器和真空電弧推力器146
7.2.2磁噴嘴推力器148
7.3最新進(jìn)展149
7.3.1經(jīng)飛行驗(yàn)證的系統(tǒng)150
7.3.2研發(fā)中的系統(tǒng)151
7.4挑戰(zhàn)與未來(lái)154
參考文獻(xiàn)155
拓展閱讀157
第8章推力測(cè)量158
8.1引言158
8.2位移法161
8.2.1穩(wěn)定推力161
8.2.2脈沖推力165
8.3零天平法165
8.3.1理論165
8.3.2控制器設(shè)計(jì)166
8.3.3動(dòng)態(tài)響應(yīng)168
8.4推力靶170
8.5元件172
8.5.1材料172
8.5.2鉸鏈173
8.5.3阻尼器174
8.5.4位移傳感器175
8.5.5電驅(qū)動(dòng)器177
8.5.6配重178
8.6校準(zhǔn)(標(biāo)定)178
8.6.1穩(wěn)態(tài)推力179
8.6.2脈沖推力181
8.7最新進(jìn)展185
8.7.1亞N和Ns的推力測(cè)量185
8.7.2固體推力器推力和推進(jìn)劑消耗的同時(shí)評(píng)估187
8.7.3高頻推力變化188
8.7.4推力矢量189
8.8總結(jié)191
參考文獻(xiàn)192
第9章微推進(jìn)納米能195
9.1引言195
9.2納米能推進(jìn)劑燃燒方程196
9.3微推力器內(nèi)彈道方程197
9.4微推力天平198