航天包括环绕地球的运行、飞往月球或其他行星的航行、行星际空间的航行和飞出太阳系的航行。航天的关键在于航天器应达到足够的速度，克服或摆脱地球引力，飞出太阳系的航行还要摆脱太阳引力。第一、第二、第三宇宙速度是航天所需的三个特征速度。天文学、数学、力学等学科的综合，是了解航天必不可少的基础知识。

查有梁创作的《力学与航天》由浅入深地介绍了圆锥曲线、牛顿力学与航天的基础知识。

查有梁创作的《力学与航天》由浅入深地介绍了圆锥曲线、牛顿力学与航天的基础知识。作者以一种新的方法，介绍圆锥曲线的一些基本知识；以一种简明的方式，讲述牛顿在其《自然哲学之数学原理》中所论述的一些基本内容；以一种浅显的形式，介绍了钱学森在《星际航行概论》中讲授的一些基本问题。作者引入了切线坐标，由此得出了天体运行的轨道方程、能量方程和离心率公式，进而讨论了发射人造地球卫星、洲际弹道火箭以及星际航行轨道的一些问题。

本书的一、二、三章核心内容采用初等数学方法，使中学生能够掌握力学与航天的基础知识。在附录中，采用高等数学方法，使读者能够加深理解。“历史回顾”和“继续探索”，增加了一些哲学思考和诗歌表达。对中学生进行综合的科学教育，是当代教育正在探索的新课题。课程融合是课程改革的一个方向之一。本书可作为高中学生和师范院校学生学习数学、力学和航天知识的选修课教材或专题性教材。

序

 一、纪念钱学森

 二、献给中学生

前言

全书结构

历史回顾要目

历史回顾

 一、认识天体运行的规律需要天文学、数学和力学

 二、中国古代对天文学、数学和力学的贡献

 三、落下闳系统与托勒密系统之比较

 四、哥白尼的地球运动说是近代科学的开端

 五、从第谷的天文观测到开普勒发现行星运动定律

 六、牛顿的力学预言了发射人造天体的可能性

 七、圆锥曲线理论的发展

 八、天体运行的轨道是圆锥曲线

 九、人们对天体运行规律的认识在不断发展

 十、航天轨道是简单的，但航天的实现是复杂的

 第一章 结构

第一章 圆锥曲线的性质

 一、圆锥曲线的直角坐标方程

 二、圆锥曲线的极坐标方程

 三、圆锥曲线的切线的性质

 四、圆锥曲线的切线坐标方程

 五、圆锥曲线的曲率半径

 第一、第二章 结构

第二章 天体运行的规律

 一、开普勒行星运动三定律

 二、牛顿力学三定律

 三、万有引力定律

 四、能量守恒和转化定律

 五、天体运行的能量方程

 第一、第二、第三章 结构

第三章 人造卫星和航天

 一、第一、第二、第三宇宙速度

 二、离心率公式及其讨论

 三、人造地球卫星的轨道

 四、洲际弹道火箭的轨道

 五、航天的轨道

 继续探索要目

继续探索

 一、二体问题与多体问题

 二、摄动

 三、行星轨道近日点的旋转

 四、引力的本质尚未认识

 五、恩格斯论吸引与排斥

 六、现代物理学需要引斥论

 七、建立引斥论的几点设想

 八、广义不确定原理

 九、不确定原理的物理机制

 十、力学是因果与机遇的辩证统一

附录

 附录1 椭圆的面积

 附录2 圆锥曲线统一的切线坐标方程

 附录3 圆锥曲线统一的曲率半径公式

 附录4 动能公式和引力势能公式

 附录5 行星近日点旋转的推导

 附录6 从天体运行推导引斥力公式

 附录7 万有引力定律与开普勒定律的新推导

 附录8 张景中院士给出的证明摘录

 附录9 闫金铎教授的评审意见摘录

 附录10 王忠亮教授的评审意见摘录

 附录11 苏刚教授的评审意见摘录

 附录12 《物理教学探讨》上发表的书评摘录

参考文献

后记

天文学、数学和力学从一产生起便是由生产所决定、所推动，同时它们之间又有着密切的联系，是相互影响、相互促进的。恩格斯指出：“必须研究自然科学各个部门的顺序的发展。首先是天文学——游牧民族和农业民族为了定季节，就已经绝对需要它。天文学只有借助于数学才能发展，因此也开始了数学的研究——后来，在农业发展的某一阶段和在某个地区(埃及的提水灌溉)，而特别是随着城市和大建筑物的产生以及手工业的发展，力学也发展起来了。不久，航海和战争也都需要它——它也需要数学的帮助，因而又推动了数学的发展。这样，科学的产生和发展一开始就是由生产决定的。”(恩格斯．自然辩证法[M]．北京：人民出版社，1971：162．)

伟大的中国是世界文明发达最早的国家之一。在天文学、数学和力学方面，中国古代的先民对人类曾经作出了巨大的贡献。

在天文学方面，早在公元前2800年，就已经对星空进行了许多观测。日食、月食、彗星、太阳黑子等等天象，都是中国最早观测到的，并且有着最古老、最系统的记载。早在公元前240年，中国古人就观察到了哈雷彗星，并对这颗彗星每一次接近太阳都作了记载。英国天文学家哈雷确定这颗彗星是在公元1682年。公元前104年，落下闳等人创立了《太初历》，建立了一个在系统观测基础上的宇宙体系；他研制了浑天仪，提出浑天说；建立包括28和24节气的系统，把天文、历法、数学、气象、农业有机地结合起。落下闳系统的逻辑数理结构之美，并不逊色于后来古希腊托密系统的几何结构。

地球在运动的假说以及大地为球形的假说，早在公元1世纪开始在中国出现并传播了，远远早于西方各国。在中国，很早有人提出地球运动的看法，说“地体虽静，而终日旋转，如人坐中，舟自行动，人不能知。”(《尚书纬·考灵曜》，引自朱文鑫万法通志》，第139页)中国古代天文学家张衡(78—139)对大地球形曾作过生动的说明，他说：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸。如鸡中黄，孤居于内。天大而地小，天表里有水，天之包地，犹之包黄。”(《经典集林》)唐代思想家柳宗元(773—819)在《天》中，针对屈原在《天问》中提出的：“出自汤谷，次于蒙汜。自明晦，所行几里？”(即是问：“太阳起落，从早到晚要走多少里路。”？)答道：“辐旋南画，轴奠于北。孰彼有出次，惟汝方之侧！平旁运，恶有谷汜！当焉为明，不逮为晦……”(就是说：“大地和阳的方位，同辐和轴的关系一样，在不断变化。哪里是太阳有‘起和止息，是你跟太阳的方位在改变罢了！大地本身在运动，者太阳的地方就是白天，背着太阳的地方就是黑夜。”)柳宗元这里明确地提出了地动的思想。P18-19

钱学森先生(1911-2009)是一位战略性的科学家和前瞻性的教育家。他开创《工程控制论》《物理力学》《星际航行概论》三门新学科；他具体指导了中国的“两弹一星”研制成功，作出了巨大贡献；他为人类的航空航天事业培养了大批杰出人才；他提倡科学技术、文学艺术、哲学社会科学紧密结合，将中华传统文化与西方现代科学融会贯通；晚年，他提出“系统工程学”“知识体系学”和“大成智慧学”三大学问。功勋卓著，功不可没，功德无量。

《力学与航天》这本科学普及读物，首先就是：纪念钱学森。

1963年，当我刚从西南师范大学物理系毕业，分配到成都七中作物理教师，就在这一年，我认真拜读了钱学森先生的著作——《星际航行概论》。经过8年思考，我应用一种新的方法，推导出了天体运行统一的能量方程，由此方程很简明地得出天体运行的离心率公式，还得出一些新的结果，如推导出引斥力的新公式等。我的新方法，可以简化经典力学的传统推导方法。

1970年，中国第一颗人造地球卫星发射成功的喜讯，促使我完成了一本科普著作《牛顿力学与星际航行》。由于种种原因，此书1991年才由四川科学技术出版社出版。我写作《牛顿力学与星际航行》的直接源泉与动力来自于钱学森先生的著作。1993年12月，我同时将《牛顿力学与星际航行》《系统科学与教育》寄给钱老。因为，我的这两本书都是在钱老直接指导和启示下完成的。收到我寄去的书后，钱老很快看完，并给我写了第三封信，该信手稿如下：

……

钱学森认为，实施“大成智慧学”其意义不亚于“两弹一星”。

将“大成智慧学”的思想应用于教育，就是“大成智慧教育”。

1993年10月7日，钱学森先生提出了培养“18岁的大成智慧学的硕士”。钱学森关于“大成智慧教育”设想有：(1)大成智慧教育必须理、工、文、艺结合，“必集大成，才能得智慧。”(2)大成智慧教育重在理论与实践相结合。(3)大成智慧教育要把哲学与科学技术相结合起来。(4)大成智慧教育必须加强情感和品德的教育。(5)大成智慧教育将是一场伟大的革命。

钱学森期望中学生“人人大学毕业成硕士”，成为“大成智慧学的硕士”；打好坚实的基础，作出更大的创新。

幸福啊！中学生们，你们遇上了实现“中华民族伟大复兴的中国梦”的光明时代，以钱学森为榜样，努力啊！

作者2013年12月11日

写于四川成都百花潭公园

中国第一颗人造地球卫星，在1970年4月24日发射成功，开创了中国人民的航天事业。受此激励，作者完成了《力学与航天莎一书的初稿。历经40年，这本关于数学、力学、航天等科普知识的著作，其简明创新的独特讲法，获得好评。

正当《力学与航天》新版即将出版之际，中国的“嫦娥三号’’探测器于2013年12月2日1时30分，怀抱“玉兔号”月球车，从四川西昌卫星发射中心发射升空，成为中国航天事业的又一里程碑。“嫦娥”和“玉兔”的古代神话，变成了今天的现实。

继“神舟”“嫦娥”之后，关注太空探索的西方人近日又熟悉了一个中国词汇——“玉兔”。德国《世界报》等媒体于2013年12月1日写道：“玉兔”是善良，纯洁和活力的象征，“嫦娥’’是中国美丽的月亮女神。

“航天”“航宇”两个概念，是钱学森先生首先提出来的。1963年，钱学森先生发表《星际航行概论》，这本书的第一章是“星际航行与宇宙航行”。他将“行星际航行，简称为星际航行”。恒星际航行是宇宙航行。

钱学森先生总是在不断创新。1974年1月，钱学森先生把人类在地球大气层内的飞行活动称为“航空”；把在地球大气层以外，太阳系以内的飞行活动称为“航天”；把飞出太阳系，在广袤无垠的宇宙空间的飞行活动称为“航宇”。这也是促使本书定名为  ”《力学与航天》的原因之一。

2013年12月14日21时11分，中国研制的“嫦娥三号”探测器成功落月。“玉兔”号月球车，开始了为期约三个月的探测。中国成为世界上继美国和前苏联之后，第三个独立自主实现在月球软着陆的国家。

美国专家评论：“中国正在为月球科学和探月登月所需的复杂工程作出其自身的独特贡献。中国探月任务尝试的方法和使用的工程方案是先前美苏都没有用过的。从这方面看，中国应是先驱者。”

中国的航天事业发展很快，成就巨大，举世瞩目。但是，我们仍要虚心地认识到：中国同美国和俄国的航天成就相比，还有一定差距。我们要力争后来居上。

1969年7月20日，美国航天员阿姆斯特朗第一个踏上月球。为了纪念人类首次登月成功，作者写了一首诗，也希望能够以此激励大家，不断创新，不断向前。

登月

美国航天员阿姆斯特朗，

登上月球的那一瞬间，

说出了一句千古名言：

个人的一小步，人类的一大步。

这一大步是三十八万千米，

这一小步是从登月舱跳下。

他身穿着沉重的航天服，

在引力很小的月面上跨步。

遥望蓝色可爱的地球，

比任何天体都要巨大。

日月食图像变换，别有洞天，

日食看到地球表面移动黑点。

登月航天在地球引力之家，

飞出太阳系航宇，还远吗？

作者2013年12月15日

写于四川成都百花潭公园