就在人类进入太空时代之初,航天器设计师们就认识到空间环境对航天器的效应将是影响航天器设计和运行的关键因素.从那时起,航天器环境相互作用这一主题逐渐发展成为一个多学科交叉的领域,参与其中的科学家和工程师遍布全球.传统上,工程师们对航天器设计和运行的相关问题感兴趣,而科学家们更关注与相互作用有关的基础物理和化学过程,这些不同的兴趣点促使大量的专著和学术会议应运而生.随着航天飞机的出现以及可重复在轨试验能力的形成,该领域在过去十年里获得了长足的发展.作者因此推断,随着该领域的快速发展以及感兴趣的人越来越多,筹划一本综合性的专著对近年来的很多新发现进行系统性总结是非常必要的.特别是,既然该领域的发展是以任务和航天器需求为牵引,而不是仅仅作为一门具体的学科,那么编写一本整合该领域相关知识的书将是很有价值的工作.这样的一本书也将成为引导高校研究生及专业人员进入该领域的入门读物;而对于特殊应用,可以参考本书所引用的相关手册或会议文集.
　　本书是根据作者所讲授的课程总结形成的,作者之一(丹尼尔·汉斯汀斯)曾经多年在麻省理工学院(MIT)讲授航天器环境相互作用课程.该课程面向MIT 高年级本科生或一年级研究生开设,旨在为希望在航天器环境相互作用领域从事研究或了解本学科以便从事航天器系统工程的学生提供一本入门教材;本书也可以作为对航天器的液体、气体和等离子体动力学感兴趣的大学本科生或工程硕士生的最后一门课程的教材.本书另一位作者(亨利??格利特),是该领域的国际知名顾问,他基于在航天器相互作用方面的实际经验开设了一门简短课程,此课程已在美国空军、工业部门及国际范围内讲授.他参与了几乎所有近期的行星际任务和很多地球轨道航天器(SCATHA、TDRSS、INTELSAT、Galileo、Cassini、HST、SpaceStation及Clementine)的设计,这些任务为本书提供了大量的实际示例,以及很多航天器设计中提出的问题和诊断失效的案例.
　　本书的核心思想是,每个航天器都有一系列与周围环境及自身诱发环境的特征相互作用(需要定义),这些相互作用会影响航天器的基本运行以及任何在航天器平台上开展的科学实验,反过来这些相互作用又使得人们对周围环境有进一步的了解.本书的重点在于讲述相互作用的物理过程,以引入亦是本书重点的基本概念,不过,在阅读本书大部分章节之后,读者将能够对航天器环境相互作用做出简单估计.针对特定应用,读者可以参考该领域面向专业工程师和科学家编写的其他书籍(也可参见书末提供的参考文献):本书各章大致是按照描写环境和描写相互作用来划分的.关于空间环境的各章既介绍周围环境也介绍诱发环境;关于相互作用的各章先描述了相关的物理和化学过程,然后对航天器实际问题展开定性描述.每一章都参考了大量的文献.不过,因为本书面向的是进入该领域的个人,我们一般只包括能够在研究型图书馆容易找到的文献,偶尔当无其他信息资源可用时也需要参考会议文集.不过,考虑到获取旧文集的复制本存在困难,我们将其减至最少.
　　本书内容安排如下:
　　第１章对航天器经历的环境进行了定性的描述.先介绍了从常见航天器轨道来描述环境的做法;接下来介绍了航天器作为环境的主角所涉及的概念;最后,对已经确认的航天器环境相互作用的历史和对航天器运行的影响进行了简要回顾.
　　在第２章中,介绍了等离子体物理、气体动力学及辐射物理中的特征长度、时间尺度和阈值速度的概念.对描述相互作用的有关方程、术语及对描述物理过程的方程简化求解的近似方法一并进行了介绍.例如,在等离子体物理领域,介绍了德拜长度的概念以及该特征长度与航天器尺度的比较,给出了当德拜长度与航天器尺度相比较大或较小时泊松方程所允许的物理近似;在气体动力学领域,介绍了克努森数概念并阐述了克努森数较大或较小时的物理近似;对于辐射与物质的相互作用,介绍了线性能量传输的概念,从而允许对微电子器件的单粒子效应进行直接的评估.?
　　第３章描述了航天器周围的空间环境.周围环境是从沿常见航天器轨道所经历的区域或环境类型(等离子体、辐射、中性粒子或微小颗粒)来进行分析的,目的是让读者能够沿着典型轨道对航天器周围的环境做出估测.
　　第４章论述了航天器与中性气体相互作用的物理学.介绍了诸如大气阻力、辉光及污染等相互作用,讨论了航天器运行对环境的调节作用.对每种中性气体相互作用的物理过程,都使用第２章中建立的概念进行了探索.
　　第５章论述了空间等离子体与航天器的相互作用.介绍了与充电、电弧放电、电磁干扰及发电相关的相互作用,建立了每种等离子体相互作用的物理学.对基于这些相互作用的航天器运行数据库进行了探索应用,旨在使之服务于典型航天器的设计和运行.
　　第６章论述了空间辐射环境与航天材料的相互作用.这些相互作用中,由辐射和单粒子效应引起的物理损伤最为重要.本章也包含了来自CRRES卫星的最新信息.
　　第７章讨论了宏观粒子与航天器的相互作用.介绍了轨道碎片与航天器的碰撞及粒子产生的电磁辐射,总结了碎片和流星体的有效屏蔽设计策略,并与案例研究进行了比较.
　　第８章为总结,讨论了该领域发展到１９９５年的总体现状.此外,也论述了环境相互作用的未来发展趋势.本章提出的一个关键问题是,完成详细的相互作用分析(评估对于特定任务哪些相互作用是关键的)的固有成本在未来是一个十分重要的问题.最后,再说说关于单位制的问题.我们尽可能使用MKS单位制,能量单位使用电子伏特(eV),但仍然有不少地方使用了CGS单位制,特别是当用到来自较早的研究工作的图表时,这些单位的使用是不可避免的.我们的惯例是,除非显性声明采用了其他单位,所有的公式都使用MKS单位制.
　　丹尼尔·汉斯汀斯
　　亨利·格利特