目  录

第一章    概述  ……………………………………………………………………………1

第一节 近空间及近空间飞行器  ……………………………………………………………1

一、地表大气  ……………………………………………………………………………1

二、近空间的概念  ………………………………………………………………………3

三、近空间的法律地位……………………………………………………………………4

四、近空间飞行器定义  …………………………………………………………………5

五、近空间飞行器的分类  ………………………………………………………………5

第二节 近空间飞行器的特点及其应用前景  ………………………………………………9

一、近空间飞行器的特点  ………………………………………………………………9

二、近空间飞行器军事应用前景  ………………………………………………………10

三、近空间飞行器的商业应用前景………………………………………………………13

第三节 近空间飞行器的发展背景与技术支撑…………………………………………… 14

一、近空间飞行器的发展背景 …………………………………………………………14

二、航天技术将为近空间飞行器提供支持 ……………………………………………17

第四节 美国近空间飞行器发展状况……………………………………………………… 18

一、美国开发近空间的原因  ……………………………………………………………18

二、美国近空间飞行器的主要发展状况 ………………………………………………18

三、美军近空间热的反思 ………………………………………………………………21

四、美国空军近空间研究展望 …………………………………………………………23

第五节 其它国家近空间飞行器发展状况   ………………………………………… 24

参考文献  ……………………………………………………………………………………27

第二章    近空间大气飞行环境  …………………………………………………30

第一节 飞行器飞行环境概况 ………………………………………………………………30

一、大气环境  ……………………………………………………………………………30

二、空间环境 ……………………………………………………………………………32

第二节 近空间、中层大气与大气/空间环境数据库  ……………………………………33

一、近空间与中层大气………………………………………………………………… 33

二、中层大气国际研究计划  ……………………………………………………………35

三、近空间环境的监测……………………………………………………………………36

四、大气/空间环境数据库………………………………………………………………37

第三节 近空间/中层大气环境  ……………………………………………………………39

一、气压及密度  …………………………………………………………………………39

二、化学成分 ……………………………………………………………………………40

三、风场与温度场 ………………………………………………………………………42

四、太空环境原子氧侵蚀与太阳辐射作用 ……………………………………………43

五、带电粒子辐射 ………………………………………………………………………43

六、电离层中的加热与电磁特性 ………………………………………………………44

参考文献  ……………………………………………………………………………………44

第三章    （超）高空气球  ………………………………………………………… 46

第一节  高空气球的发展  …………………………………………………………………46

一、气球的发展史 ………………………………………………………………………46

二、高空气球的发展 ……………………………………………………………………47

三、美国长时高空气球的研制发展……………………………………………………47

四、我国高空气球的研制………………………………………………………………49

第二节 长时观察用的高空气球系统………………………………………………………50

一、气球和回收系统  …………………………………………………………………50

二、气球管理系统………………………………………………………………………53

三、气球飞行轨迹控制系统……………………………………………………………54

四、超高空系缆气球……………………………………………………………………55

第三节 提高探空气球探测高度的一些方法………………………………………………56

一、影响气球上升高度的因素…………………………………………………………56

二、提高气球探测高度的方法…………………………………………………………56

第四节 超高空气球通讯系统………………………………………………………………57

一、系留气球系统的组成………………………………………………………………57

二、系留气球通信系统的特点…………………………………………………………59

三、应用前景……………………………………………………………………………60

第五节 高空科学气球收集宇宙尘粒………………………………………………………61

一、研究意义……………………………………………………………………………61

二、收集器的类型及安放位置…………………………………………………………61

三、沉降板收集器与吊篮结构…………………………………………………………62

四、气球-吊篮系统 ……………………………………………………………………63

第六节 高空气球微重力环境实验…………………………………………………………63

一、高空气球微重力实验系统构成……………………………………………………64

二、系统测试结果………………………………………………………………………65

第七节  宇宙射线观测 ……………………………………………………………………66

参考文献 ……………………………………………………………………………………67

第四章 平流层飞艇  …………………………………………………………………69

第一节 飞艇的发展历程  ……………………………………………………………… 69

一、从气球到飞艇  ……………………………………………………………………69

二、第一次世界大战中飞艇的发展……………………………………………………71

三、一战后飞艇技术的转移、发展和衰落……………………………………………72

四、现代飞艇技术的兴起………………………………………………………………75

第二节 平流层飞艇的发展现状……………………………………………………………76

一、美国的平流层飞艇…………………………………………………………………76

二、欧洲的平流层飞艇…………………………………………………………………78

三、俄罗斯的高空飞艇…………………………………………………………………79

四、日韩的高空飞艇……………………………………………………………………80

五、其它国家的高空飞艇………………………………………………………………80

第三节 平流层飞艇的特点与用途…………………………………………………………81

一、平流层飞艇的特点…………………………………………………………………81

二、平流层飞艇的用途…………………………………………………………………82

第四节 平流层飞艇囊体材料………………………………………………………………83

一、平流层飞艇的结构…………………………………………………………………83

二、平流层飞艇对囊体材料的要求……………………………………………………84

三、浮升气体对艇体材料的影响………………………………………………………84

四、平流层飞艇的蒙皮材料……………………………………………………………84

五、平流层飞艇的蒙皮制造工艺………………………………………………………87

第五节 能源控制技术………………………………………………………………………88

一、平流层空间环境……………………………………………………………………88

二、能源系统构成………………………………………………………………………88

三、能源平衡分析………………………………………………………………………90

第六节 平流层飞艇定点控制技术…………………………………………………………92

一、自适应定点控制关键技术…………………………………………………………92

二、关键技术解决途径…………………………………………………………………94

第七节 平流层飞艇的推进系统……………………………………………………………95

一、能源装置……………………………………………………………………………95

二、动力装置……………………………………………………………………………95

三、推进装置……………………………………………………………………………96

第八节 平流层飞艇环境控制技术…………………………………………………………96

一、环境特点与环境防护………………………………………………………………97

二、气囊压力与温度控制………………………………………………………………97

三、载荷舱环境控制……………………………………………………………………98

四、动力系统与电池热控制……………………………………………………………99

五、飞艇环境控制中的几个问题………………………………………………………99

第九节 空气动力学分析设计………………………………………………………………101

一、飞艇的工作环境……………………………………………………………………101

二、平流层飞艇的受力和稳定性分析…………………………………………………102

三、平流层飞艇的气动特性分析……………………………………………………103

参考文献 …………………………………………………………………………………104

第五章 (超)高空长航时无人机…………………………………………………106

第一节 无人机发展………………………………………………………………………106

一、无人机的缘起与三次发展浪潮…………………………………………………106

二、世界主要国家无人机发展现状…………………………………………………108

三、无人机的发展趋势………………………………………………………………111

第二节（超）高空长航时无人机……………………………………………………… 114

一、高空长航时无人机的特点与用途………………………………………………114

二、超高空长航时无人机发展现状…………………………………………………115

三、高空长航时无人机的发展方向…………………………………………………116

第三节、高空长航时无人机动力系统………………………………………………… 119

一、高空长航时无人机的任务、动力要求及技术挑战……………………………119

二、高空长航时无人机动力的种类…………………………………………………121

三、高空长航时无人机用涡扇发动机的发展………………………………………122

四、高空长航时无人机动力技术的发展趋势………………………………………123

第四节 高空长航时无人机的空气动力学特性…………………………………………123

一、高空长航时无人机的气动特征…………………………………………………124

二、高空长航时无人机气动研究面临的问题………………………………………125

三、总 结 ……………………………………………………………………………126

第五节  高空长航时无人机的若干关键技术 …………………………………………126

一、提高飞行升限和耐久性…………………………………………………………127

二、宽带信息传输和无人机控制问题………………………………………………127

三、结构设计…………………………………………………………………………128

四、发动机和系统的冷却……………………………………………………………128

五、气动-隐身一体化设计问题 ……………………………………………………128

六、增大设备载量和空间……………………………………………………………129

七、工作可靠性和精度………………………………………………………………129

八、无人机系统多目标综合优化问题………………………………………………129

九、编队飞行…………………………………………………………………………129

参考文献………………………………………………………………………………… 130

第六章    空天飞机……………………………………………………………………131

第一节 空天飞机的类型、特点与用途…………………………………………………132

一、空天飞机的类型…………………………………………………………………132

二、空天飞机的特点…………………………………………………………………132

三、空天飞机的用途…………………………………………………………………133

第二节 空天飞机的发展现状 ………………………………………………………… 134

一、美国空天飞机的发展现状………………………………………………………134

二、俄罗斯空天飞机的发展现状……………………………………………………138

三、其他国家空天飞机的发展现状…………………………………………………142

第三节 空天飞机的材料…………………………………………………………………143

一、NASP的材料选择………………………………………………………………  144

二、NASP用先进材料研究进展………………………………………………………145

第四节 空天飞机的发动机………………………………………………………………147

一、发动机的演化…………………………………………………………………… 147

二、组合发动机研制现状 ……………………………………………………………148

三、空天飞机组合发动机的技术难题……………………………………………… 152

第五节 空天飞机的热防护系统………………………………………………………… 153

一、空天飞机防热系统的要求 ………………………………………………………153

二、空天飞机防热系统概述 …………………………………………………………154

三、前缘防热系统与主动冷却 ………………………………………………………155

四、相关理论分析与实验技术 ………………………………………………………157

第六节 空天飞机的外形设计 ……………………………………………………………158

一、外形分类………………………………………………………………………… 158

二、常见的空天飞行器外形………………………………………………………… 158

三、外形方案选择…………………………………………………………………… 159

四、外形设计时应注意的问题……………………………………………………… 160

第七节 空天飞机入轨技术……………………………………………………………… 161

一、飞行任务要求…………………………………………………………………… 161

二、单级入轨概念和两级入轨概念……………………………………………………161

三、双级入轨空天飞机…………………………………………………………………162

四、单级入轨空天飞机…………………………………………………………………162

参考文献 ……………………………………………………………………………………164

第七章    高超声速飞行器……………………………………………………………166

第一节 高超声速飞行器概述………………………………………………………………166

一、高超声速飞行器特点………………………………………………………………166

二、近空间高超声速飞行器的分类……………………………………………………167

第二节 美国的高超声速技术计划…………………………………………………………170

美国高超声速计划发展概况……………………………………………………………170

二 、HyTech计划………………………………………………………………………172

三 、HyFly计划…………………………………………………………………………173

四、Hyper-X计划………………………………………………………………………176

五、X-51计划……………………………………………………………………………178

六、猎鹰（FALCON）计划………………………………………………………………182

第三节 其它国家的高超声速计划…………………………………………………………187

俄罗斯的高超声速计划…………………………………………………………………188

二、法国的高超声速技术研究…………………………………………………………189

三 澳大利亚的高超声速技术研究……………………………………………………191

四、日本的高超声速技术研究…………………………………………………………192

五 德国的高超声速技术研究…………………………………………………………192

六 印度的高超声速技术研究…………………………………………………………193

七 欧盟的LARP-CAT计划………………………………………………………………194

第四节 高超声速飞行器发动机之爆震发动机……………………………………………194

一、高超声速飞行器发动机概述………………………………………………………194

二、爆震发动机种类、工作原理与特点…………………………………………………195

三、爆震发动机的研究现状……………………………………………………………197

第五节 高超声速飞行器的热防护材料与结构……………………………………………199

一、超高温区的热防护材料与结构……………………………………………………199

二、次高温区的热防护材料与结构……………………………………………………200

第六节 高超声速飞行器的气动设计………………………………………………………202

一、新型高超声速飞行器气动设计的特点……………………………………………202

二、高超声速飞行器气动设计中的关键问题…………………………………………203

第七节 高超声速飞行器的飞行控制………………………………………………………205

一、高超声速飞行器飞行特性…………………………………………………………205

二、再入过程……………………………………………………………………………205

三、两级入轨……………………………………………………………………………206

三、 高超声速飞行器的飞行控制………………………………………………………206

参考文献…………………………………………………………………………………207

第八章    其它近空间飞行器 ……………………………………………………… 211

第一节 超高空侦察机………………………………………………………………………211

一、美军超高空侦察机…………………………………………………………………211

二、俄罗斯高空侦察机…………………………………………………………………213

三 德国DFS 228火箭动力高空侦察机……………………………………………… 214

第二节 空天轰炸机…………………………………………………………………………217

一、跳跃式空天轰炸机的鼻祖-“银鸟”全球轰炸机 ………………………………217

二、“猎鹰” 计划中的高超音速巡航飞行器(HCV)……………………………………219

第三节 高超声速运输机/客机畅想………………………………………………………220

一、未来超声速运输机/客机计划………………………………………………………220

二、一款高超声速客机的设想…………………………………………………………221

参考文献 ……………………………………………………………………………………223