WPROWADZENIE DO ASTRONAUTYKI INŻYNIERSKI PUNKT WIDZENIA

ISBN: 978-83-7934-389-8

365 stron
format: B5
oprawa: twarda
Rok wydania: 2020

Niniejsze dzieło stanowi próbę opisu najważniejszych problemów kosmonautyki, jej historii, a także ciekawszych niezrealizowanych projektów.
W rozdziale pierwszym omówiono zagadnienia rozwoju myśli technicznej, od pierwszych prób zastosowania techniki rakietowej przez Chińczyków i Koreańczyków i Mongołów, ekspansję tych wynalazków na Europę i Państwa Arabskie, wraz z falą najazdów Mongolskich. Wspomniano o użyciu rakiet w późnym średniowieczu w Europie. Przedstawiono znaczące prace z techniki rakietowej i kosmicznej, prowadzone na świecie aż do czasów współczesnych. Omówiono także szereg załogowych misji kosmicznych, tych zrealizowanych i zarzuconych. Osobny podrozdział poświęcono polskim pracom z dziedziny techniki rakietowej i kosmicznej. Rozdział zamykają informacje dotyczące prywatnych projektów z zakresu kosmonautyki.
W rozdziale drugim przedstawiono "naturalne środowisko" astronautyki, czyli Układ Słoneczny. Omówiono wszystkie rodzaje obiektów US, ze szczególnym uwzględnieniem astronautycznych technik ich badania.
Rozdział trzeci poświęcono atmosferom planetarnym, ze szczególnym uwzględnieniem atmosfery ziemskiej. Omówiono modele atmosferyczne, opisujące zarówno dolne warstwy atmosfery, jak i jej najwyższe partie.
W rozdziale czwartym przybliżono zagadnienia związane z mechaniką niebieską, w ujęciu mechaniki newtonowskiej (wystarczającej w zagadnieniach astronautyki).
Rozdział piąty poświęcono zagadnieniom lotów międzyplanetarnych, z wykorzystaniem wiadomości przedstawionych w rozdziale czwartym. Omówiono manewry dwu-i wieloimpusowe oraz wykorzystanie asysty grawitacyjnej.
W rozdziale szóstym opisano napędy rakietowe. Przedstawiono w skrócie jednowymiarowy model gazodynamiczny silnika rakietowego. Omówiono różne układy napędów rakietowych chemicznych, jądrowych i elektrycznych, jak również żagli świetlnych, magnetycznych i elektrycznych.
W rozdziale siódmym zajęto się dynamiką lotu rakietowego, wychodząc od równania Mieszczerskiego dla układu o zmiennej masie, rozważono start rakiety z powierzchni planety, wpływ szerokości geograficznej na start rakiety z wirującej planety. Podano także wyprowadzenie równania ruchu rakiety relatywistycznej z porównaniem do ruchu rakiety klasycznej: wzory Ackereta i Ciołkowskiego.
W rozdziale ósmym przeanalizowano zagadnienia aerodynamiki zewnętrznej stosowane w technice rakietowej i kosmicznej. Omówiono wpływy liczb Reynoldsa i Macha na charakterystyki aerodynamiczne rakiety. Uwzględniono także kryterium ciągłości przepływu. Opisano zagadnienia nagrzewania się aerodynamicznego, szczególnie istotnego podczas wejścia statku kosmicznego w atmosferę. Przedstawiono metody wyznaczania sił aerodynamicznych na ciałach poruszających się z prędkościami hipersonicznymi. Pokazano tzw. analogię Prandtla dla wymiany ciepła przy opływie ciał z dużymi prędkościami. Przedstawiono uproszczoną analizę procesu nagrzewania aerodynamicznego przy spadku swobodnym. Omówiono również możliwości wykorzystania metod bezpośredniej symulacji molekularnej w odniesieniu do ruchu w ośrodku rozrzedzonym.

SPIS TREŚCI

PRZEDMOWA

Rozdział 1.
RAKIETNICTWO I ASTRONAUTYKA W UJĘCIU HISTORYCZNYM
1.1. Kierunki rozwoju astronautyki
1.2. Załogowe misje kosmiczne
1.2.1. Załogowe misje marsjańskie
1.2.2. Załogowe misje w okolice Wenus
1.2.3. Załogowe misje na Merkurego
1.2.4. Załogowe misje w okolice Jowisza i Saturna
1.2.5. Stacja kosmiczna LOP-G
1.3. Praktyczne zastosowanie astronautyki
1.4. Historia rakietnictwa i ojcowie astronautyki
1.5. Rakietnictwo i astronautyka w Polsce
1.6. Europejskie programy kosmiczne
1.7. Programy kosmiczne w wybranych krajach
1.8. Prywatne inicjatywy kosmiczne
Literatura do rozdziału 1

Rozdział 2.
UKŁAD SŁONECZNY
2.1. Słońce
2.2. Planety
2.3. Księżyce planet
2.4. Planety karłowate
2.5. Komety i planetoidy
2.6. Granice układu słonecznego
Literatura do rozdziału 2

Rozdział 3.
ZIEMIA, JEJ NAJBLIŻSZE SĄSIEDZTWO I ATMOSFERY PLANETARNE
3.1. Atmosfera ziemska i jej modele matematyczne
3.1.1. Atmosfera wzorcowa ISA
3.1.2. Atmosfera wzorcowa CIRA 2012
3.2. Magnetosfera ziemska i pasy promieniowania korpuskularnego wokół
Ziemi
3.3. Atmosfery innych planet
3.3.1. Atmosfera Wenus
3.3.2. Atmosfera Marsa
3.3.3. Atmosfera Jowisza
Literatura do rozdziału 3

Rozdział 4.
WPROWADZENIE DO MECHANIKI NIEBIESKIEJ
4.1. Układy współrzędnych
4.1.1. Astronomiczne układy współrzędnych
4.1.2. Układ równikowy
4.1.3. Układ horyzontalny (azymutalny)
4.1.4. Układ ekliptyczny
4.2. Krzywe stożkowe
4.3. Elementy orbitalne. Zapis TLE
4.4. Newtonowskie pole grawitacyjne
4.5. Charakterystyki czasowe ruchu w polu grawitacyjnym
4.6. Własności pola grawitacyjnego
4.6.1. Prędkości kosmiczne
4.6.2. Charakterystyki położenia satelity
4.6.3. Ruch po orbicie eliptycznej
4.6.4. Ruch po orbicie hiperbolicznej
4.7. Zagadnienie trzech ciał
4.8. Rezonanse i koorbitacja
4.8.1. Rezonans orbitalny - obiekty koorbitalne
4.8.2. Orbity Halo
4.8.3. Orbity Lissajous
4.8.4. Rezonans Lidowa-Kozai
4.8.5. Strefy oddziaływania mas przyciągających grawitacyjnie
4.8.6. Problem zderzenia
4.9. Manewry orbitalne
4.9.1. Niska orbita wokółziemska
4.9.2. Wpływ oporu aerodynamicznego na ruch satelity: zmiana wysokości
i "czas życia" satelity z uwzględnieniem hamowania atmosferycznego
4.9.3. Wlot powrotny statku w atmosferę ("re-entry")
Literatura do rozdziału 4

Rozdział 5.
LOTY MIĘDZYPLANETARNE
5.1. Heliocentryczne orbity transferowe
5.2. Transfer bi-eliptyczny Sternfelda
5.3. Przeloty między orbitami niekoplanarnymi
5.4. Asysta grawitacyjna
5.5. Orbity spiralne przy małym stałym ciągu
Literatura do rozdziału 5

Rozdział 6.
NAPĘDY KOSMICZNE
6.1. Dysza silnika rakietowego
6.1.1. Przepływ przez dyszę silnika rakietowego
6.1.2. Ciąg oraz impuls jednostkowy silnika rakietowego
6.1.3. Sprawność silnika rakietowego
6.2. Napęd rakietowy na chemiczne materiały pędne
6.2.1. Silniki na stałe materiały pędne
6.2.2. Silniki na ciekłe materiały pędne
6.2.3. Silniki na hybrydowe materiały pędne
6.3. Silniki rakietowe wspomagane powietrznie
6.4. Silnik strumieniowy
6.5. Jądrowe silniki rakietowe
6.5.1. Bezpośredni napęd jądrowy
6.5.2. Pośredni napęd jądrowy
6.5.3. Magnetyczno-bezwładnościowy napęd jądrowy
6.5.4. Jądrowy napęd bezpośredni
6.5.5. Radioizotopowy napęd jądrowy
6.5.6. Jądrowy napęd detonacyjny
6.6. Jonowe napędy kosmiczne
6.6.1. Napęd z efektem Halla
6.6.2. Elektrostatyczne silniki jonowe
6.7. Magnetohydrodynamiczne napędy rakietowe
6.8. Rakieta magnetoplazmowa o zmiennej wartości impulsu właściwego
(VASIMR)
6.9. Żagiel słoneczny
6.10. Pętla magnetyczna (żagiel magnetyczny)
6.11. Żagiel elektryczny
6.12.Napęd anihilacyjny antymateryjny
Literatura do rozdziału 6

Rozdział 7.
LOT RAKIETOWY
7.1. Ruch ciała o zmiennej masie
7.1.1. Równanie Mieszczerskiego
7.1.2. Wzór Ciołkowskiego
7.2. Start z planety nieobracającej się w ujęciu uproszczonym
7.3. Stopniowanie rakiet w ujęciu elementarnym
7.4. Optymalizacja stopniowania rakiety
7.5. Realizowane praktycznie trajektorie startowe. Położenie kosmodromów
na kuli Ziemskiej
7.6. Ruch rakiety relatywistycznej
Literatura do rozdziału 7

Rozdział 8.
ELEMENTY AERODYNAMIKI STATKÓW KOSMICZNYCH
8.1. Elementy aerodynamiki rakiety
8.2. Opór aerodynamiczny rakiety
8.3. Kształty czepców balistycznych rakiet
8.4. Uwagi o przepływach hipersonicznych
Literatura do rozdziału 8

DODATKI
Dodatek A. WAŻNIEJSZE OZNACZENIA I SKRÓTY
Dodatek B. PLANETY I KSIĘŻYCE
Dodatek C. ATMOSFERA ZIEMSKA
Dodatek D. POLE GRAWITACYJNE
D.1. Wyprowadzenie prawa powszechnego ciążenia
D.2. Równoważność masy grawitacyjnej i bezwładnej. Eksperyment Eotvosa.
D.3. Dywergencja pola grawitacyjnego. Wyprowadzanie prawa Newtona
z twierdzenia Gaussa
Literatura do dodatków

STRESZCZENIE

SUMMARY