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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Paul, Clayton R.

出品人:

页数:16

译者:

出版时间:2004-4

价格:$ 29.95

装帧:Pap

isbn号码:9780471675914

丛书系列:

图书标签:

电磁学
电磁场
麦克斯韦方程
电磁波
天线
微波
电磁兼容性
电磁理论
工程电磁学
物理学

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具体描述

This book covers the basic electromagnetic principles and laws from the standpoint of engineering applications, focusing on time-varying fields. Numerous applications of the principles and law are given for engineering applications that are primarily drawn from digital system design and electromagnetic interference (Electromagnetic Compatibility or EMC). Clock speeds of digital systems are increasingly in the GHz range as are frequencies used in modern analog communication systems. This increasing frequency content demands that more electrical engineers understand these fundamental electromagnetic principles and laws in order to design high speed and high frequency systems that will successfully operate.

《星辰轨迹：宇宙航行与深空探索的理论基础》内容简介本书深入探讨了人类进行星际航行和深空探索所必须掌握的物理学、工程学和数学原理。它并非一本关于电磁学（Electromagnetics）的教材，而是将焦点完全集中在如何利用现有和前沿物理学知识，设计、规划和执行超越太阳系的航行任务。本书内容涵盖了从轨道力学到推进系统设计的全方位技术考量。第一部分：基础物理与相对论导航第一章：宇宙尺度下的时空几何本章将细致分析在星际尺度上，经典牛顿力学局限性的体现，并转向爱因斯坦的广义相对论作为描述引力场和时空弯曲的基础框架。我们将探讨如何利用相对论效应（如引力透镜效应）进行远距离定位，以及在强引力场中（如黑洞或中子星附近）进行航行任务的理论修正。重点分析了“地球时间”与“飞船时间”的差异对长距离任务规划的实际影响。第二章：非惯性系下的运动学与轨道预测本书详细阐述了在复杂多体引力场中，如何精确计算探测器的运动轨迹。这不仅包括了传统的二体和三体问题求解，还引入了“限制性四体问题”在行星际转移轨道设计中的应用。我们使用拉格朗日点（Lagrange Points）作为引力平衡点，设计了稳定的轨道驻留策略。内容涵盖了基于庞加莱截面分析的周期性轨道识别与稳定性判断，为实现低能耗的长期任务提供了数学工具。第三章：辐射环境与屏蔽工程深空环境充满了高能粒子流（如宇宙射线和太阳高能粒子事件）。本章侧重于分析这些辐射对电子设备和宇航员的潜在威胁。我们构建了详细的辐射剂量模型，并对现有和假想的屏蔽材料（如氢化聚乙烯、水箱屏蔽）的性能进行了对比分析。此外，探讨了主动屏蔽技术（如利用强大的静电场偏转带电粒子）的可行性与能耗平衡。第二部分：推进系统与能源获取第四章：高效率化学与核热推进尽管化学火箭（Chemical Propulsion）是目前实现逃逸速度的主要手段，但其比冲（Specific Impulse）限制了深空任务的有效载荷。本章回顾了高能密度化学燃料的优化，并着重分析了核热火箭（NTR）的工作原理、安全规范以及在行星际转移中的性能提升潜力。我们详细解析了反应堆的临界控制与热交换效率的提升方案。第五章：电推力技术进阶：离子与等离子体驱动对于需要长时间加速以达到高最终速度的星际任务，电推进系统是关键。本章深入研究了霍尔效应推进器（Hall Thrusters）和栅格离子推进器（Gridded Ion Thrusters）的物理模型，包括等离子体诊断、离子束的电荷中和技术，以及高功率电力的管理。此外，还首次对基于磁约束聚变驱动的等离子体火箭进行了理论建模，探讨了其在实现光速百分之几速度上的潜力。第六章：星际之帆：光帆与反作用力推进的理论极限探索了利用外部能量源——光压作为推进力的概念。详细分析了基于激光阵列推动的“光帆”系统的设计挑战，包括镜面材料的耐久性、光束聚焦精度和光子动量传递效率。同时，本书也涵盖了对“负质量”或“弯曲时空”（Warp Drive）概念的严肃物理学评估，侧重于其对能量负密度（Exotic Matter）的需求与现实物理学限制。第三部分：星际导航、通信与生命支持第七章：深空自主导航与传感器融合在距离地球数十光年之外，实时遥测几乎不可能。本章聚焦于发展高度自主化的导航系统。这包括基于脉冲星计时（Pulsar Timing）的绝对定位系统，利用背景星图匹配进行相对定位，以及通过高精度陀螺仪和加速度计的卡尔曼滤波融合技术，实现对自身姿态和位置的实时、自洽解算。第八章：超远距离通信协议与信噪比优化星际通信面临着巨大的路径损耗。我们探讨了如何设计高增益、高指向性的定向天线系统（如相控阵列）。在信号处理方面，详细阐述了低密度奇偶校验码（LDPC）等先进编码技术如何最大限度地提高在极低信噪比（SNR）下的信息传输可靠性。还初步分析了利用量子纠缠进行超光速信息传输的理论瓶颈。第九章：封闭生态循环与长期生存系统星际任务的持续性依赖于一个几乎完全封闭的生命支持系统（CELSS）。本章详细分析了生物再生生命支持系统（BLSS）的物质循环效率，包括水、氧气和食物的循环再生率。我们探讨了如何通过优化藻类反应器和水培农业模块的设计，以最小化补给需求，并评估了长期微重力对宇航员生理机能的影响及对策。结语：迈向奥尔特云之外本书的最后一部分，将上述所有技术集成，以一个模拟的“半人马座阿尔法星”探测任务为例，推演从地球发射到目标星系捕获的完整技术链条和时间表，为未来深空探索者提供一个坚实的理论蓝图。 --- 本书适合天体物理学、航空航天工程、高能物理学领域的研究人员、工程师以及对未来星际旅行抱有浓厚兴趣的专业人士阅读。