星际航行概论 感悟||重读钱学森《星际航行概论》有感

最近打算写一本书，系统总结整理一下自己近年来在载人深空探索领域读过的书和思考的问题。我一方面可以把这本教材留给选修我的课程的研究生，另一方面可以帮助我理清思路，找到合适的问题后争取精确的突破，让我做的更专业更深入。因为想写一本同类型的书，就不自觉的拿起钱老的《星际航行概论》这本书看了一遍。当我读钱老的书时，我只是参加了工作。过了20年，再看的时候有了不一样的感觉.....

《星际航行概论》是根据钱学森1962年在中国科学技术大学讲授的《火箭技术概论》课程的授课大纲和讲义编写的。钱学森先生在前言中写道:我想达到两个目的:第一，我想说明实现星际航行的技术问题，这样一方面投资这些单项问题的科技工作者可以了解每一个问题在所有工作中的意义；另一方面，也需要说明星际航行技术的高度综合性，几乎囊括了现代科学技术的所有最新成果，如现代力学、原子能、特殊材料、高能燃料、无线电电子学、计算技术、自动控制理论、精密机械、泰空医学等。星际航行的进一步发展，不仅会对上述科学技术提出新的更高的要求，还会对植物学、动物学、生物物理学、生态学、遗传学、地质学等至今尚未相关的其他学科提出研究课题，将会给这些学科以前所未有的推动。

第二个目的是星际航行实践的复杂性和艰巨性。星际航行的每个部门，包括研究、设计、试验、制造、发射和通信，都需要一个庞大的组织和一个由成千上万的科学家、设计师、工程师、技术人员、工人和其他人员组成的团队。这些部门开展工作所需的设备质量最高，数量最多；所以，没有一个强大而完整的产业组合，没有一个多学科、人数众多的科技团队，就无法设想星际航行的全面发展。自然，星际航行技术并不神秘，只是一般自然规律的具体应用。星际导航技术的基础也是一门众所周知的基础学科，如数学、物理、化学等。我们要强调的是，虽然不神秘，但也不简单。星际航行是现代科技最高水平的集中体现，不容易。

钱老在序言中描述的两个目的恰恰揭示了两个问题:第一，星际航行是一个科学问题，包括现代科技的方方面面。我很惊讶钱老在1962年提到了Tai 空医学、地质学、遗传学、生态学在星际航行中可能的应用和发展。我们在2012年写《载人月球基地工程》这本书的时候才意识到这个问题；第二次星际航行是航天工程技术，星际航行的原因无疑离不开火箭、飞船等基础航天器。我在工业界20年的工作经验告诉我，这些航天产品的建造真的不神秘，但真的不简单，不谈论具体的技术方案设计细节，光是质量控制和产品保证的要求就已经穷尽了。为了整合各个子系统的各个单机产品系统，钱老提议成立一个总体设计部，专门负责系统的总体设计。所以说星际航行是一门科学和航天工程技术的综合体并不为过。我很惊讶，钱老能在1962年给学生讲课的时候，居然达到了这样的战略高度。

钱老第一章讲星际旅行和太空旅行的基础，包括奇奥尔科夫斯基公式，恒星世界的太空旅行，acle公式等等。Acle的公式说，其他恒星系统在超光速运行时，必须在相对论力学的基础上进行计算。同时，比较了acle公式和Chiolkovsky公式计算结果的差异。钱老还指出，要实现半人马座，必须依靠超高能核燃料。至于天文星体和星系的大致情况，我应该已经接触了15年，比钱老晚了半个多世纪......

钱老的第二章讲火箭发动机的原理和火箭发动机的技术实现，包括固体推进剂、液体推进剂、液体发动机中的挤压式发动机和泵式发动机，以及燃烧室试验、传动控制系统试验、发动机试验和试验台设计。在固体发动机设计中，讨论了药柱设计、药柱技术、燃烧稳定性等问题。最让我吃惊的是，钱老还提到了固液发动机和调节发动机推力方向的方法。例如，固体发动机不能用液体发动机的方法调节推力，但可以将燃烧室的一部分高压气体引向对称布置的喷嘴的碰撞部分，用斜激波改变喷射方向。因为没有气舵和伺服机构，这种方法应该是轻型设计。在这一点上，我不确定今天是否有更好的想法来改变固体发动机的推力矢量设计。

钱老的第四章讲运载火箭的技术实现，包括级数、结构重量、结构比例、结构重量组成、结构重量与点火重量的关系、运载火箭的设计过程、发射场的布局和系统组成等。很难想象中国没有这些东西。钱从美国土星5号火箭的设计，一直是如何掌握这些基础和核心方法的？这些基本理论方法是指导我国长征火箭设计的基础和源泉。

钱老的第五章和第六章是关于运载火箭的发射轨道和星际航行轨道。火箭的发射轨道其实考虑的是月球火箭的轨道，星际航行轨道其实有小推力变轨的问题，恒星靠力飞行，更神奇的是还考虑了光帆。想想我去年介绍的霍金“破星”计划，用微纳飞船去半人马座？是太阳的光帆，利用太阳光压原理实现星际旅行。很难想象半个多世纪前钱老教学生轻帆是什么样子。

钱老第七章是最崇拜的一章。他教原子火箭发动机，也就是我们现在所说的核动力火箭。更神奇的是，他还讲了电推进火箭的设计原理，以及更具前瞻性的氘火箭发动机。依稀记得今年有人宣传电力推进技术的巨大突破，那我们什么时候等核动力火箭和电动火箭呢？

钱老的第八章是关于制导，包括运载火箭的迭代制导，以及行星际导航绕火星轨道的制导精度。对于初始制导、中间制导和末制导，制导系统的设计、产品组成和环境试验都有提及。

钱老的第九章讲的是星际航行中的通信问题，包括通信延时、天线功率、噪声、信息速率、通信设备、地面接收天线、光波通信等。而到目前为止，我在这方面还是空白人。

钱老的第十章讲重返大气层，包括载人飞船返回地球重返大气层的轨道，钝体轨道和升力轨道，飞船重返大气层的防热设计，前往火星时使用双曲轨道重返，利用火星大气减速下降到火星表面。在最后一段，钱老提出用电磁线圈在航天器头部产生磁场，利用磁力线与导电气体的相互作用，将等离子体的热气推离航天器头部。这种新的放热方法不仅可以安全通过大气层，而且可以降低对推进剂量的要求，从而提高行星际航行的效果。我想说的是几年前有人来找我推销他的创新概念设计。当时，这个人似乎对自己的创新想法非常自豪。原来这是钱老半个世纪前琢磨过的。遗憾的是，到目前为止，这个防热方案还没有实现。

《钱老》第十一章讲辐射防护，包括光子对物质的作用，电子对物质的作用，中子对物质的作用，辐射对人体的作用，辐射剂量，宇宙射线，太阳耀斑，中子的防护，辐射对电子元器件的破坏作用等。想想我们空环境与辐射防护部门今天是不是已经跑出这个圈子了？

钱老的第12章讲的是航天器的设计，包括失重和超重对人的影响，航天器舱的设计要求，星际旅行时人的生活条件，氧气和水分的供应，星际航天器长途旅行时的生态系统，以及航天器保护微陨石和穿越小行星带的问题，航天器的定向系统。

钱老的第十三章讲的是航天器的供电，包括化学能、太阳光、原子能、放射性物质、化学电池、太阳能光伏电池的使用，还讲了涡轮发电机、热电偶发电机、热电发电机、电磁流体发电机等问题。到目前为止，我还是空不懂这些问题。

钱老的第十四章讲了星际导航进一步发展的几个问题，包括卫星星际导航站，现在称为空站；还包括海上发射运载火箭、回收运载火箭、利用飞机作为运载工具，即空发射运载火箭等。看看今天中国的航天。我们取得了多少成就？

看了钱老的《星际航行概论》，感慨良多。我看过很多关于中国航天成就和未来发展前景的文章。真的有人拿这些个别的技术和钱学森1962年的讲义比较过吗？看看我们在钱老提出的星际航行框架上有多少真正的创新和进步。人在很远的时候总是很担心。虽然我是基层，但我也提倡求真务实的学风。星际航行是一项科学和工程技术并重的职业。哪里可以容纳一半的浮躁精神？

毕竟高手是高手。作为中国航天事业的开拓之作，全书内容全面，公式推导过程清晰，专业深度令人钦佩。我的偶像和目标是什么样的书？我先介绍了钱学森的《星际航行导论》，既有前瞻性又有专业性，经得起历史、同行、实践的检验！当之无愧的创举！同时，书中文字通俗易懂，与一些高级博士论文相比，更容易被读者接受和学习。

可惜的是，其实以我的本事，很难写出这种大师级的作品，也不能像大师一样驾驭航天技术的方方面面，但我可以在载人深空探索领域做一些更深入更细致的问题，也可以研究更有前瞻性的问题和思路。一年多前我为星际航行创立这个号的时候，被钱老的高深功力折服了，于是偷生。20年后读钱老的作品，更多的是理解和尊重。真心建议各位读者认真阅读这本书，比较自己，弥补自己的不足。也希望我们团队在一年的时间里出版的书能有一些真正的价值，为中国航天事业贡献一点点力量！

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