在過去的40年里，人們努力進(jìn)入太空深處，完成更復(fù)雜任務(wù)的能力快速提升。人們幾乎每天都會(huì)發(fā)射地球軌道衛(wèi)星，且每年都會(huì)向太陽系內(nèi)其他行星發(fā)射星際探測器。航天器相當(dāng)頻繁地發(fā)往國際空間站（ISS），空間飛行器的成功返回也變得司空見慣。
　　在軌運(yùn)行階段結(jié)束時(shí)，航天器進(jìn)入地球／行星大氣層，然后飛向著陸點(diǎn)完成其使命。因此，航天器以一預(yù)定速度在大氣層安全下降并著陸在地球／行星表面時(shí)，必須從高速狀態(tài)（相對(duì)地球?yàn)?~12km/s）充分減速。
　　這個(gè)問題對(duì)返回飛行器是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。在大氣滯止條件下，航天器的速度是高超聲速。因此，航天器速度的銳減導(dǎo)致其前緣產(chǎn)生一道強(qiáng)激波，并伴隨空間飛行器周圍氣體的劇烈加熱和壓強(qiáng)激增。結(jié)果，一旦進(jìn)入大氣環(huán)境，航天器將遭遇一個(gè)非常復(fù)雜的熱化學(xué)流動(dòng)環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中，由于流體溫度接近上千開爾文，所以向航天器的熱對(duì)流和輻射就十分值得關(guān)注。此外，在超級(jí)軌道速度下，輻射熱流量超過對(duì)流熱流量，防熱瓦發(fā)生燒蝕。這就需要對(duì)幾個(gè)學(xué)科進(jìn)行詳細(xì)研究，例如氣動(dòng)載荷、氣動(dòng)加熱、飛行器穩(wěn)定性、導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制以及著陸特性。
　　在此思想下，本書通過考慮適應(yīng)不同空間任務(wù)需求的空間飛行器對(duì)高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的不同主題進(jìn)行詳細(xì)闡述，這些飛行器包括乘員返回飛行器（CRV）、乘員探索飛行器（CEV）、取樣返回飛行器（SRV）和飛行試驗(yàn)平臺(tái)（FTB）。
　　第一章介紹了高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的基本知識(shí)，詳細(xì)討論了高超聲速流場的幾個(gè)關(guān)鍵特征。例如，這一章展示了再入飛行器的大部分能量需要以熱能的形式耗散。但是以現(xiàn)有材料制成的飛行器，沒有能在吸收了其中一小部分熱量后還可以幸存的。這一關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題在第二章做了詳細(xì)介紹，解釋了一個(gè)成功著陸如何讓絕大部分的能量損失加熱機(jī)體周圍的氣體而不是機(jī)體本身，并且揭示了高超聲速條件下的傳熱機(jī)制對(duì)設(shè)計(jì)理想的安全著陸方案十分關(guān)鍵的原因。第一章也指出，航天器進(jìn)入一個(gè)行星大氣層所產(chǎn)生的幾乎所有關(guān)鍵熱傳遞問題都發(fā)生在連續(xù)流中。事實(shí)上，在返回軌道的決定性部分，流過一個(gè)鈍頭體的流場（回轉(zhuǎn)體或者機(jī)翼前緣）都有一道明顯的弓形激波，機(jī)身表面和激波之間有一個(gè)被離解和電離熱氣體充斥著的激波層，還有一個(gè)使氣體溫度急劇下降到飛行器表面溫度值的邊界層。之后，仔細(xì)討論了氣動(dòng)系數(shù)符號(hào)和約定。最終，介紹了高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的流體動(dòng)態(tài)特征數(shù)。
　　第二章給出了用以評(píng)估航天器返回過程中下降飛行軌跡和需要承受的相應(yīng)的氣動(dòng)熱載荷環(huán)境的數(shù)學(xué)模型。熱能通過邊界層內(nèi)化學(xué)成分的傳導(dǎo)和擴(kuò)散以及鼻區(qū)附近激波層內(nèi)熱氣體的輻射傳遞到飛行器上，其中輻射的光譜范圍大部分在近紅外與紫外之間；同時(shí)熱量也會(huì)從飛行器表面以紅外到遠(yuǎn)紅外的光譜范圍輻射出去，這使得激波層內(nèi)的氣體近乎透明（如壁面輻射冷卻）。本章討論了保護(hù)航天器從大氣層返回時(shí)強(qiáng)烈氣動(dòng)加熱的熱防護(hù)系統(tǒng)（TPS）概念，給出了飛行器駐點(diǎn)處幾個(gè)頗為簡單的用以評(píng)估輻射和傳導(dǎo)（從流體到表面）熱流密度的工程關(guān)系式，這些熱流估算公式對(duì)于在早期設(shè)計(jì)階段開展必要的快速評(píng)估是非常基礎(chǔ)的。