书籍详情
太空飞行生命保障与生物圈科学
作者：[美]皮特·艾卡特 著，郭双生 译
出版社：北京理工大学出版社
出版时间：2023-06-01
ISBN：9787576322439
定价：¥118.00
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内容简介
受控生态生命保障系统（Controlled Ecological Life Support System，CELSS），即生物再生生命保障系统（bio-regenerative life support system，BLSS），基于“植物—动物—微生物”构成，是目前世界上最先进的闭环生命保障技术，是人类进行月球基地或火星基地等长时间和远距离太空活动必需的关键技术之一，是实现长期载人深空飞行的根本保障，具有重大战略意义。 本书为国家出版基金项目，共包含九章，全面介绍了太空受控生态生命保障系统的基本概念/作用原理及发展历程、地球生物圈的基本原理、地球生物圈如何向太空生物圈（即受控生态生保系统）过渡、如何将受控生态生命保障技术与当前载人飞船的非再生式生保技术和空间站物理-化学再生式生保技术进行有机结合，从而在月球或火星基地上实现生保系统的高闭合度及高可靠性和安全性，进而促进人类早日实现月球或火星的登陆、驻留与开发。 本书适合于我国从事太空基地受控生态生命保障技术研发的科研院所专业人员和高校师生参考，也可供广大航天爱好者和科普爱好者阅读。
作者简介
原著作者：皮特·艾卡特是美国NASA约翰逊航天中心的资深专家，长期从事太空生命科学和航天员生命保障技术研究，是这一领域的权威专家。 译者：郭双生，男，1964年8月出生，博士，中国航天员科研训练中心研究员，北京航空航天大学和西北工业大学兼职教授和博士生导师，中国空间科学学会空间生命专业委员会委员，《Space ： Science & Technology》学报编委。1993年以来，一直从事载人航天受控生态生命保障技术研究，承担了多项国家级和省部级科研技术试验项目，在受控生态生命保障系统集成技术领域取得重要突破。发表学术论文100余篇，获得国家发明专利近20项，获得省部级科学技术进步奖10余项，出版专著2部，参加编写专著5部。
目录
第1 章 基本原理 1
1.1 生物圈科学——一门新的学科 2
1.2 载人航天的未来 4
第2 章 生物圈1 号——地球生命保障系统 7
2.1 地球环境 7
2.1.1 地质情况 7
2.1.2 大气 8
2.1.3 重力 9
2.1.4 辐射 10
2.1.5 磁场 10
2.2 生态学原理 10
2.2.1 生态层级 12
2.2.2 生态系统和生态系统模型 14
2.2.3 能量学与光合作用 19
2.2.4 物质循环 24
2.2.5 再利用途径与限制因素 28
2.2.6 盖亚假说 29
2.3 地球的濒危生命保障系统 30
第3 章 地外环境条件 32
3.1 自由空间辐射 33
3.1.1 空间电磁辐射 33
3.1.2 空间电离辐射 34
3.1.3 辐射剂量的概念 40
3.1.4 辐射监测和剂量测定 42
3.1.5 辐射效应 44
3.1.6 辐射防护 46
3.2 重力 48
3.2.1 在星球上和自由空间中的重力 48
3.2.2 低重力效应 49
3.2.3 人工重力 50
3.3 真空 52
3.3.1 温度影响 52
3.3.2 建立加压环境的必要性 54
3.3.3 材料特性 55
3.4 磁场 55
3.5 星球当地环境 56
3.5.1 月球 56
3.5.2 火星 60
第4 章 生命保障系统构建基础 64
4.1 定义 64
4.2 生命保障系统分类 65
4.3 设计和开发注意事项 66
4.3.1 人的需求 71
4.3.2 子系统接口与集成 87
4.3.3 任务相关方面 91
4.3.4 发展阶段 101
4.3.5 权衡研究和仿真模型 103
4.4 物理 − 化学和生物再生生命保障 108
4.5 生命保障技术发展简史 110
4.5.1 天基生命保障系统 110
4.5.2 地基生命保障系统 123
4.6 航天服和舱外活动 139
4.6.1 在航天器或太空基地外工作 139
4.6.2 舱外活动装置的要求、设计和操作 141
4.6.3 舱内压力与航天服压力 147
4.6.4 过去和现在的航天服与EVA 经验 150
4.6.5 未来EMU 的发展趋势 152
第5 章 物理 − 化学生命保障子系统 154
5.1 大气管理 155
5.1.1 大气再生技术 157
5.1.2 大气监测与控制技术 188
5.2 水管理 196
5.2.1 尿液回收 197
5.2.2 卫生废水回收和饮用水处理技术 206
5.2.3 冷凝水回收 213
5.2.4 水质监测 214
5.3 废物管理 214
5.3.1 粪便收集及储存技术 217
5.3.2 固体废物处理 218
第6 章 生物再生生命保障概念 223
6.1 生物再生生命保障与CELSS 223
6.1.1 基本原理 223
6.1.2 建模和设计 228
6.1.3 系统级问题 235
6.2 微生物系统 240
6.3 藻类 243
6.3.1 藻种及属性 244
6.3.2 藻类食物生产 246
6.3.3 太空藻类培养 247
6.4 高等植物 248
6.4.1 植物生理学 251
6.4.2 植物筛选方法 267
6.4.3 CELSS 中植物栽培的设计考虑 274
6.4.4 微生物 292
6.4.5 大气再生 293
6.4.6 水回收 294
6.4.7 废物处理 294
6.4.8 营养供给 296
6.4.9 航天员时间需求 299
6.4.10 高等植物栽培装置 300
6.5 针对食物供应的真菌和不可食植物生物量转化 306
6.6 产肉/蛋/奶动物基本分析 308
6.7 水产养殖系统 309
6.8 食物管理及加工 312
6.8.1 食物生产 313
6.8.2 食物储存 315
6.8.3 食物加工 316
第7 章 生物圈2 号——为未来CELSS 研究提供经验教训 322
7.1 生物圈2 号基本原理 322
7.2 生物圈2 号概况 324
7.3 生物圈2 号测试舱 335
7.4 研究领域 341
7.5 初期研究结果 344
第8 章 未来太空生命保障 352
8.1 未来载人航天探索 352
8.2 空间站 355
8.3 月球基地 357
8.4 火星基地 363
第9 章 CELSS 在地面上的应用潜力 365
9.1 简介 365
9.2 基本生态研究 365
9.3 大气、水和废物再生 369
9.4 生物量生产与研究 376
9.5 地面类似物保障 377
参考文献 379
索引 396
1.1 生物圈科学——一门新的学科 2
1.2 载人航天的未来 4
第2 章 生物圈1 号——地球生命保障系统 7
2.1 地球环境 7
2.1.1 地质情况 7
2.1.2 大气 8
2.1.3 重力 9
2.1.4 辐射 10
2.1.5 磁场 10
2.2 生态学原理 10
2.2.1 生态层级 12
2.2.2 生态系统和生态系统模型 14
2.2.3 能量学与光合作用 19
2.2.4 物质循环 24
2.2.5 再利用途径与限制因素 28
2.2.6 盖亚假说 29
2.3 地球的濒危生命保障系统 30
第3 章 地外环境条件 32
3.1 自由空间辐射 33
3.1.1 空间电磁辐射 33
3.1.2 空间电离辐射 34
3.1.3 辐射剂量的概念 40
3.1.4 辐射监测和剂量测定 42
3.1.5 辐射效应 44
3.1.6 辐射防护 46
3.2 重力 48
3.2.1 在星球上和自由空间中的重力 48
3.2.2 低重力效应 49
3.2.3 人工重力 50
3.3 真空 52
3.3.1 温度影响 52
3.3.2 建立加压环境的必要性 54
3.3.3 材料特性 55
3.4 磁场 55
3.5 星球当地环境 56
3.5.1 月球 56
3.5.2 火星 60
第4 章 生命保障系统构建基础 64
4.1 定义 64
4.2 生命保障系统分类 65
4.3 设计和开发注意事项 66
4.3.1 人的需求 71
4.3.2 子系统接口与集成 87
4.3.3 任务相关方面 91
4.3.4 发展阶段 101
4.3.5 权衡研究和仿真模型 103
4.4 物理 − 化学和生物再生生命保障 108
4.5 生命保障技术发展简史 110
4.5.1 天基生命保障系统 110
4.5.2 地基生命保障系统 123
4.6 航天服和舱外活动 139
4.6.1 在航天器或太空基地外工作 139
4.6.2 舱外活动装置的要求、设计和操作 141
4.6.3 舱内压力与航天服压力 147
4.6.4 过去和现在的航天服与EVA 经验 150
4.6.5 未来EMU 的发展趋势 152
第5 章 物理 − 化学生命保障子系统 154
5.1 大气管理 155
5.1.1 大气再生技术 157
5.1.2 大气监测与控制技术 188
5.2 水管理 196
5.2.1 尿液回收 197
5.2.2 卫生废水回收和饮用水处理技术 206
5.2.3 冷凝水回收 213
5.2.4 水质监测 214
5.3 废物管理 214
5.3.1 粪便收集及储存技术 217
5.3.2 固体废物处理 218
第6 章 生物再生生命保障概念 223
6.1 生物再生生命保障与CELSS 223
6.1.1 基本原理 223
6.1.2 建模和设计 228
6.1.3 系统级问题 235
6.2 微生物系统 240
6.3 藻类 243
6.3.1 藻种及属性 244
6.3.2 藻类食物生产 246
6.3.3 太空藻类培养 247
6.4 高等植物 248
6.4.1 植物生理学 251
6.4.2 植物筛选方法 267
6.4.3 CELSS 中植物栽培的设计考虑 274
6.4.4 微生物 292
6.4.5 大气再生 293
6.4.6 水回收 294
6.4.7 废物处理 294
6.4.8 营养供给 296
6.4.9 航天员时间需求 299
6.4.10 高等植物栽培装置 300
6.5 针对食物供应的真菌和不可食植物生物量转化 306
6.6 产肉/蛋/奶动物基本分析 308
6.7 水产养殖系统 309
6.8 食物管理及加工 312
6.8.1 食物生产 313
6.8.2 食物储存 315
6.8.3 食物加工 316
第7 章 生物圈2 号——为未来CELSS 研究提供经验教训 322
7.1 生物圈2 号基本原理 322
7.2 生物圈2 号概况 324
7.3 生物圈2 号测试舱 335
7.4 研究领域 341
7.5 初期研究结果 344
第8 章 未来太空生命保障 352
8.1 未来载人航天探索 352
8.2 空间站 355
8.3 月球基地 357
8.4 火星基地 363
第9 章 CELSS 在地面上的应用潜力 365
9.1 简介 365
9.2 基本生态研究 365
9.3 大气、水和废物再生 369
9.4 生物量生产与研究 376
9.5 地面类似物保障 377
参考文献 379
索引 396
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