航天、人文与艺术

本书是以航天技术、航天活动和航天文化为主线，不仅介绍了航天科学与技术，而且还介绍了科学家、工程师和文学艺术家们孜孜不倦的探索精神。正是他们经过几千年来的不懈努力，才使得人类进入太空的愿望从梦想变成了现实。人类航天的历史也是一部科技创新的历史。 

本书兼顾文理科爱好者，突出科普特色，配有大量的图片资料，通过一些历史事件，帮助读者了解航天领域的过去、现在和未来，以浅显易懂的方式介绍神秘的人类航天、宇宙探索活动和深奥的飞行知识与艺术。本书是作者在其创建的“航天、人文与艺术”国家视频公开课、国家精品在线课程基础上，进一步完善和归纳出来的一本科普类教材。本书可作为高中生报考航空航天专业的入门参考读物，也可作为当代大学生的通识课程教材，还可供广大航天科技爱好者、相关领域的干部和技术人员阅读，尤其对于希望未来从事航空航天事业工作的青年学生具有指导作用。本书还适合作为大学毕业生报考航空航天专业研究生复试时的参考资料。本书涉及的航天天文学、群智能航天器和未来憧憬艺术作品适合从事航天总体设计的工程师参考。

闻新：南京航空航天大学教授、江苏航空学会星际文明探索专业委员会主任、南京航空航天大学探测制导与控制专业负责人、《全球定位系统》杂志编委、《航空航天科学技术》杂志编委、中国科协航天科普院士专家报告团专家、*学位中心学位论文评审专家、全国”北斗杯”东北分赛区秘书处主任、多所中小学航天科普教育高级顾问。

目录
第1 章　绪论／001
1.1　航空与航天的基本概念／001
1.2　航天系统／004
1.3　空间资源／005
1.4　从古代航天员遗迹到神话飞天故事／006
1.5　图解人类航天历史／010

第2 章　航天文化与航天人／024
2.1　航天文化的形成／024
2.2　梦想成为现实／034
2.3　航天早期试图探索的问题／040
2.4　批航天员／042
2.5　中国航天精神的形成／054
2.6　创造航天文化的先驱／063

第3 章　飞向月球／081
3.1　水星计划／082
3.2　双子星计划／087
3.3　阿波罗计划／094

第4 章　航天飞机和空间站／103
4.1　美国航天飞机简介／103
4.2　航天飞机／105
4.3　国际空间站／133
4.4　图解航天员在空间站里生活的一天／137

第5 章　飞向金星／143
5.1　大起底：金星探测器／143
5.2　从地球到金星需要多长时间／145
5.3　解密金星／146
5.4　金星与地球的参数对比／149
5.5　探索金星／151
5.6　发现达人／153
5.7　传奇故事／154

第6 章　飞向火星／158
6.1　火星探测器／159
6.2　从地球到火星需要多长时间／160
6.3　火星的基本参数／161
6.4　特别星球／162
6.5　火星四季和地貌特征／165
6.6　发现达人／170
6.7　传奇故事／170

第7 章　飞向木星／173
7.1　飞向木星的勘探利器／173
7.2　从地球到木星需要多长时间／176
7.3　解密木星大气和神奇的木星环／176
7.4　揭秘绚丽多彩的木星云层／180
7.5　木星与地球的参数对比／182
7.6　敢于竞争太阳的中心地位／184
7.7　发现达人／187
7.8　传奇故事／189

第8 章　飞向空间的小天体／192
8.1　观测和访问小天体／192
8.2　飞往小天体需要多长时间／196
8.3　彗星那些事／197
8.4　流星和陨石／201
8.5　小行星那些事／202
8.6　发现达人／206
8.7　传奇故事／207

第9 章　航天器飞行与力学／210
9.1　太空飞行与大气层内飞行的区别／210
9.2　开普勒定律和宇宙速度／210
9.3　轨道基础／212
9.4　椭圆轨道／216
9.5　卫星轨道的数学模型／217

第10 章　航天器轨道和太空机动／221
10.1　空间几何学的限制／221
10.2　一般轨道／226
10.3　卫星仰角与地面覆盖范围的关系／232
10.4　卫星的机动／234
10.5　太空机动技术细节／244

第11 章　空间望远镜／250
11.1　望远镜的故事／250
11.2　哈勃空间望远镜／255
11.3　哈勃空间望远镜的组成／257
11.4　哈勃空间望远镜的成就／259
11.5　哈勃空间望远镜的五次太空维修／266
11.6　韦伯望远镜／273

第12 章　空间碎片／278
12.1　空间碎片的来源／279
12.2　空间碎片的分布／280
12.3　空间碎片的危害／282
12.4　空间碎片的观测／284
12.5　空间碎片的清理／285
12.6　各国空间碎片清理方案实例／292

第13 章　新概念航天器／298
13.1　机器航天员／298
13.2　小卫星及其编队飞行／306
13.3　捕获小行星的航天器／313
13.4　模块化分离卫星／317
13.5　未来NASA 的群卫星系统分析与展望／321
13.6　基于纳卫星组成的天基镜群／325
13.7　未来太空任务设想／328
13.8　气体行星飘浮探测器／330
13.9　一种可以装进衣兜的微小航天器／334
13.10　星际旅行与艺术／340

前言
随着我国高校课程改革的不断深人，通识教育在高等教育中的地位和作用越来越受到重视。与此同时，由于科学技术和经济社会的飞速发展，航空航天技术开始走进人们日常生活之中，并极大地影响着人们的思维和观念。特别是近几年来我国航天事业取得了世界瞩目的辉煌成就，更加引起人们的关注。为了适应时代发展的需要，目前国内很多知名高校先后成立航空航天专业；与此同时，一些高校将“航空航天技术概论”，或“航空航天博览”作为必选课，一些文科高校，如南京财经大学将“航空与航天”作为全校通识课。
本书编写的目的旨在拓宽大学生的知识面、优化学生的知识结构和提高学生的综合素质，所以本书内容没有过多地描述航天技术的材料性能、机构设计、维修及仪表等技术细节方面的知识；相反，本书的重点放在航天概念、航天文化、航天活动与航天先驱、探索宇宙、未来世界憧憬和艺术等方面的知识，目的是让学生通过学习人类航天活动，了解航天先驱们在攀登科技高峰的伟大征程中，以特有的崇高境界、顽强意志和杰出智慧，铸就了辉煌的世界航天的历史。本书部分内容也是中国科协面向全国青少年连续举办近10 年之久的“大手拉小手”科普活动讲座材料。
本书作者在编写过程中，得到了“两弹一星”院士和中国航天高层领导们的鼓励；本书成稿过程中，也得到了沈阳航空航天大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学和北京航空航天大学等院校的同仁、朋友和同学们的支持，本书的出版得到了电子工业出版社的宋梅编审的支持和帮助，再此表示深深的感谢。
本书结合作者在中国航天领域工作和大学任教的经历，跟踪美洲中学、高中和大学开设素质课程的教学内容，探索性地组织编写了这本科普类的教材。由于在编写过程中时间紧张，没有比较成熟的模式可以借鉴，书中不妥之处恳请读者批评指正，欢迎提出宝贵意见。
编著者2018 年2 月于蒲新教师公寓