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| 編輯推薦： |
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（1）本书填补了国内在电化学复合推进技术方向的出版空白。（2）在电化学复合推力器的技术机理与系统设计方面具有独到见解。（3）既介绍了空间电化学复合推进技术内涵及数值模拟验证，又涵盖了系统设计、研制及实验验证，并兼顾了未来空间应用考虑。（4）书中系统讲解了攻关方法和经验，对航天关键技术攻关具有较高的理论与实践指导意义。
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| 內容簡介： |
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本书基于新型空间机动任务对大推力和高比冲推力器的应用需求，主要介绍了融合氢氧爆震燃烧与等离子体电磁加速机理发展而成的一种空间电化学复合推进技术。该技术将燃烧反应释放的化学能与电源提供的电能同时高效地利用，从而实现较大的推力和适中的比冲。本书首先介绍了空间推进系统的发展现状及新型空间任务对其提出的技术要求，然后介绍了磁等离子体推进和脉冲爆震发动机技术，接着对电化学复合推力器关键部件复合加速腔、电源及工质供给模块的方案设计及地面实验验证样机研制与性能评估情况进行了详细介绍，最后探索了相关数值模拟技术以及电化学复合推进的空间应用前景。本书可供从事空间电推进、轨道动力学、空间飞行器平台设计、深空探测任务规划等方面研究的科技人员和高等院校相关专业师生参考。
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| 目錄：
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第1章 绪论 001
1.1 化学推进 002
1.2 电推进 004
1.2.1 中小功率电推进应用现状 004
1.2.2 大功率电推进研究现状 008
1.3 电化学混合式推进 019
1.4 电化学复合推进 021
1.4.1 气体燃烧动力学基础 021
1.4.2 等离子体助燃技术 024
1.4.3 等离子体在电磁场中的运动 028
1.4.4 电化学复合推进技术内涵 029
参考文献 030
第2章 航天器轨道转移 033
2.1 航天器轨道转移基础 033
2.1.1 空间坐标系 033
2.1.2 二体问题与轨道要素 035
2.1.3 航天器运行轨道 038
2.1.4 轨道转移动力学问题 039
2.2 一般情形航天器轨道转移过程 042
2.2.1 轨道转移控制策略 042
2.2.2 几种常见的轨道转移过程 043
2.3 应用电推进的轨道转移过程 047
2.3.1 基于电推进的轨道转移特点 048
2.3.2 电推进轨道转移策略概述 049
2.4 未来航天器空间轨道转移需求 051
2.4.1 未来机动平台能力发展方向 051
2.4.2 新型空间任务对推进系统的要求 052
参考文献 058
第3章 磁等离子体推进技术 059
3.1 磁等离子体推力器技术内涵 059
3.1.1 工作机理介绍 059
3.1.2 性能作用因素分析 062
3.1.3 涉及的关键技术 065
3.2 磁等离子体推力器研究现状 073
3.2.1 国外研究现状 073
3.2.2 国内研究现状 078
3.3 空间应用前景分析 079
3.3.1 空间应用能源供给问题 079
3.3.2 “Onset”问题 080
3.3.3 阴极烧蚀问题 082
3.3.4 发展建议 082
参考文献 083
第4章 脉冲爆震发动机技术 087
4.1 爆震的物理基础 088
4.1.1 几种典型的燃烧现象 088
4.1.2 Chapman-Jouguet 理论 088
4.1.3 爆震热力学效率分析 091
4.1.4 爆震波结构 092
4.2 脉冲爆震发动机技术内涵 095
4.2.1 脉冲爆震发动机循环过程 096
4.2.2 现代高频PDRE 技术 097
4.3 脉冲爆震发动机的性能分析 103
4.3.1 “Wintenberger”模型 103
4.3.2 等容循环模型 105
4.4 脉冲爆震发动机研究现状 110
4.4.1 国外研究现状 110
4.4.2 国内研究现状 113
4.5 空间应用前景分析 115
参考文献 116
第5章 空间电化学复合推进系统方案 120
5.1 系统组成 120
5.2 空间电能供给 121
5.2.1 初级功率源选择 122
5.2.2 太阳电池- 蓄电池组合供电系统 132
5.2.3 电源处理单元 139
5.2.4 电化学复合推进电源设计要求 146
5.3 工质储存与供给 146
5.3.1 化学推进剂储存与供给技术 146
5.3.2 电推进工质储存与供给技术 148
5.3.3 低温推进剂长期在轨储存技术 149
5.3.4 基于水电解技术的在轨工质供给方案 152
参考文献 154
第6章 复合加速腔设计 158
6.1 总体设计 158
6.1.1 设计要求 158
6.1.2 总体结构方案 159
6.2 阳极外筒 160
6.2.1 理论计算 160
6.2.2 结构设计 163
6.3 尾喷管 164
6.3.1 喷管选型 164
6.3.2 结构设计 165
6.4 阴极杆 167
6.4.1 理论计算 167
6.4.2 结构设计 167
6.5 其他组件 168
6.5.1 腔体冷却组件 168
6.5.2 系统装配 171
参考文献 172
第7章 电源系统设计 173
7.1 阻抗特征分析 173
7.2 理论设计与工程研制 176
7.2.1 电路拓扑及原理介绍 176
7.2.2 关键部组件设计 177
7.2.3 可靠性及结构设计 188
7.3 空间应用优化设计考虑 190
7.3.1 空间环境因素影响简析 191
7.3.2 空间适应性优化设计 200
参考文献 203
第8章 工质供给系统设计 205
8.1 供给量需求分析 205
8.2 供给方式选择 207
8.2.1 供给速度控制 207
8.2.2 氢/ 氧混合方式 208
8.3 系统方案设计 210
8.3.1 氢氧混合特性仿真计算 210
8.3.2 腔内混合器设计 218
8.3.3 气路布局及元件选型 219
8.3.4 控制模块设计 222
参考文献 226
第9章 实验研究 227
9.1 实验系统及测试方法 227
9.2 性能测试及结果分析 230
9.2.1 点火延时影响 230
9.2.2 背景压强影响 233
9.2.3 混合物配比及浓度影响 235
9.2.4 结构参数影响 237
9.2.5 电源参数影响 238
9.2.6 外加磁场影响 240
9.2.7 腔内压强分布诊断 241
9.3 实验研究总结 242
第10章 数值模拟研究 244
10.1 爆震燃烧数值模拟方案 244
10.1.1 爆震燃烧模拟控制方程 244
10.1.2 爆震燃烧模拟数值方法 247
10.2 粒子模拟方案 249
10.2.1 低温等离子体数值仿真模型简介 249
10.2.2 粒子模拟方法介绍 251
10.3 电化学复合推进模拟方案 263
10.3.1 弱耦合模拟方法 263
10.3.2 仿真模型设计 263
10.3.3 考虑的碰撞类型及截面数据 264
10.4 复合推进氢氧放电特性模拟 272
10.5 复合推进氢氧爆震燃烧模拟 275
10.6 复合推进弱耦合模拟 281
10.6.1 流场特征 281
10.6.2 推力与放电电流的关系 286
10.6.3 效率与输入功率的关系 288
10.6.4 弱耦合处理前后结果对比 289
10.7 数值模拟研究总结 290
参考文献 291
第11章 空间应用简析 292
11.1 应用前景分析 292
11.1.1 载人深空探测 292
11.1.2 战略载荷快速投送 297
11.1.3 电化学复合推进适用性分析 297
11.2 相关配套技术 298
11.2.1 空间大功率核电源技术 298
11.2.2 轨道设计技术 302
参考文献 302
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| 內容試閱：
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了解我专业背景的人看到这么一本专著得到的第一印象肯定是“不务正业”。说实在话，在我的学术研究规划中，这本专著的编写的确是一场意外“邂逅”的成果。
2016 春，一个阳光明媚的周末早晨，我正在院子里散步，突然一个熟悉的声音叫住了我，我抬头一看，正是我在西北核技术研究院工作时的老领导黄文华研究员，当时其正在担任军委科技委某重大领域的首席专家。他告诉我军委科技委刘国治主任布置了一个课题，但国内军工集团、科研院所、大专院校无人承接，问我能不能承担这么一个研究课题。我自然感到受宠若惊，但直觉告诉我，这绝不是一个什么好啃的“果子”。果然如我所料，这是一个有关电推进的课题，既要求大推力（百N 甚至kN 量级），又要求高比冲（1500s 以上），同时还需适应太空百kW 量级能量供给条件。我虽然没有干过电推进，但常识告诉我，电推力器推力通常都是mN 至百mN 量级，达到N 级已经很难，百N 绝对是国际水平了，课题希望达到kN 级，这跨度也太大了吧？黄首席告诉我，kN 级只是一个牵引性指标，并不是真正的要求，刘国治主任的真实目的是能够在大推力电推进技术方向取得颠覆性突破。我说国内干电推进的优势单位包括航天五院502 所、510 所，哈尔滨工业大学，西北工业大学等，这是他们应该干的呀？黄首席说暂时没有人愿意承担该项目，你是干航天的，又是刘主任的学生，别人不干你不能不干！你责无旁贷！我怀着激动而复杂的心情承揽下了该项研究工作，正式开启了我学术生涯中的电推进技术研究。
接下黄首席布置的任务后，我马上组织了以王效顺博士和黄惠军高工为核心的论证团队，经过广泛的调研及充分的分析，认为该项目的核心在于“大推力”及“高比冲”，通俗地讲，就是“既让马儿跑得快，又让马儿少吃草！”对于我们搞理工科的研究人员，这不是写科幻小说，任何项目的实施都必须遵循最为基础的物理规律。该项目也不例外，其实质应该是在推力、比冲及效率之间寻求一种平衡，达到最优的实用化效果。经过对现有各类推进方式，尤其是电推进方式的综合比对研究，项目组最终确定了基于氢氧爆震的电化学复合推进技术路线。根据理论分析，氢氧爆震有潜力提供超过400s 的比冲及接近一半的推力，基于百kW 量级能源供给，电推进能够将总比冲提高到1000s 以上，同时总推力加倍，达到约50N。50N、1000s 的技术指标最终得到了黄文华首席的认可，项目组后续工作均是围绕如何实现该技术指标开展的。
本书的主要内容取材于该项目的研究成果。经过5 年多的艰苦攻关，项目组深信基于氢氧爆震的电化学复合推进技术路线是实现大推力及高比冲推力器研制的较优选择，但也面临着诸多技术难题，需要进一步攻关，尤其是实验研究需要巨量的经费支持，这显然不是我组织的研究团队所能独立达到的。“一花独秀不是春，百花齐放春满园”，我们希望将近几年团队研究成果进行详细总结，提供给国内同行，尤其是电推进技术优势单位的研究人员进行参考，希望能够给他们带来少许启示，吸引更多的科研人员加入到该研究方向上来，早日促成我国百N 级高比冲电推力器研制成功，为未来我国空间战略平台大范围快速机动提供可靠的动力保障。
本书共11 章。第1 章为绪论，简要介绍了空间推进系统技术现状及电化学复合推进的技术基础和技术内涵；第2 章介绍了航天器轨道转移相关知识，明确了新型空间任务对推进系统的技术要求；第3、4 章分别介绍了与电化学复合推进存在技术关联性的磁等离子体推进和脉冲爆震发动机技术，包括它们的技术内涵、研究现状及应用前景等；第5 章介绍了空间电化学复合推进的系统组成，并扩展探讨了未来可能面临的空间电能供给、工质储存与供给等问题；第6 ～ 8 章分别介绍了复合加速腔、电源及工质供给模块等电化学复合推力器关键部件的设计方案及地面实验验证样机研制情况；第9章介绍了电化学复合推进实验研究及性能评估情况；第10 章介绍了基于多物理场弱耦合方法对电化学复合推进技术数值模拟方面的探索；第11 章结合对电化学复合推进技术先进性的合理判断，分析了其空间应用前景和相关配套技术。
本书由方进勇研究员拟定全部章节大纲并进行统稿，黄惠军高工具体编写了第1 ～ 3 章内容，王效顺博士具体编写了第4 ～ 10 章内容，方进勇研究员具体编写了第11 章内容，工程师赵成仁、吴江牛为本书的校对及图表修改做了大量细致的工作。
特别感谢西北核技术研究院黄文华研究员为我们团队提供的宝贵研究机会及在研究过程中给予的指导和帮助。特别致敬中国空间技术研究院科技委李明主任，在开展本项研究工作的过程中，李明主任始终给予鼓励与支持，李明主任是我学术研究领域真正的伯乐，我在粒子束技术方向及高功率微波技术方向的研究进展同样都倾注了李明主任的心血。感谢杨勇研究员及孙安邦教授对本书全文的仔细审阅和提出的宝贵建议。本书的编写还得到了空间微波技术国家重点实验室基金的资助，在此一并表示感谢。本书在编写过程中参考和引用了相关国内外文献，本书的完成离不开这些文献作者的开创性工作，在此表示深深的谢意。本书对相关参考与引用已经竭尽全力进行了详细标注，如有疏漏或标注不当，敬请提出异议并及时与我们取得联系，我们将虚心接受并在未来的版本中予以修正，同时也向您表示深深的歉意。
虽然竭尽全力，但囿于理解水平及能力所限，书中难免有诸多不妥之处，敬请广大读者不吝批评指正。
方进勇
2022 年6 月
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