《空间任务飞行器的空气动力学和热力学分析》通过考虑适应不同空间任务需求的空间飞行器对高超声速空气动力学和热力学的不同主题进行详细阐述，这些飞行器包括乘员返回飞行器（CRV）、乘员探索飞行器（CEV）、取样返回飞行器（SRV）和飞行试验平台（FTB）。
第一章介绍了高超声速空气动力学和热力学的基本知识，详细讨论了高超声速流场的几个关键特征。例如，这一章展示了再入飞行器的大部分能量需要以热能的形式耗散。但是以现有材料制成的飞行器，没有能在吸收了其中一小部分热量后还可以幸存的。这一关键设计问题在第二章做了详细介绍，解释了一个成功着陆如何让绝大部分的能量损失加热机体周围的气体而不是机体本身，并且揭示了高超声速条件下的传热机制对设计理想的安全着陆方案十分关键的原因。第一章也指出，航天器进入一个行星大气层所产生的几乎所有关键热传递问题都发生在连续流中。事实上，在返回轨道的决定性部分，流过一个钝头体的流场（回转体或者机翼前缘）都有一道明显的弓形激波，机身表面和激波之间有一个被离解和电离热气体充斥着的激波层，还有一个使气体温度急剧下降到飞行器表面温度值的边界层。之后，仔细讨论了气动系数符号和约定。最终，介绍了高超声速空气动力学和热力学的流体动态特征数。
第二章给出了用以评估航天器返回过程中下降飞行轨迹和需要承受的相应的气动热载荷环境的数学模型。热能通过边界层内化学成分的传导和扩散以及鼻区附近激波层内热气体的辐射传递到飞行器上，其中辐射的光谱范围大部分在近红外与紫外之间；同时热量也会从飞行器表面以红外到远红外的光谱范围辐射出去，这使得激波层内的气体近乎透明（如壁面辐射冷却）。本章讨论了保护航天器从大气层返回时强烈气动加热的热防护系统（TPS）概念，给出了飞行器驻点处几个颇为简单的用以评估辐射和传导（从流体到表面）热流密度的工程关系式，这些热流估算公式对于在早期设计阶段开展必要的快速评估是非常基础的。
在过去的40年里，人们努力进入太空深处，完成更复杂任务的能力快速提升。人们几乎每天都会发射地球轨道卫星，且每年都会向太阳系内其他行星发射星际探测器。航天器相当频繁地发往国际空间站（ISS），空间飞行器的成功返回也变得司空见惯。
在轨运行阶段结束时，航天器进入地球／行星大气层，然后飞向着陆点完成其使命。因此，航天器以一预定速度在大气层安全下降并着陆在地球／行星表面时，必须从高速状态（相对地球为8~12km/s）充分减速。
这个问题对返回飞行器是一个巨大挑战。在大气滞止条件下，航天器的速度是高超声速。因此，航天器速度的锐减导致其前缘产生一道强激波，并伴随空间飞行器周围气体的剧烈加热和压强激增。结果，一旦进入大气环境，航天器将遭遇一个非常复杂的热化学流动环境，在这个环境中，由于流体温度接近上千开尔文，所以向航天器的热对流和辐射就十分值得关注。此外，在超级轨道速度下，辐射热流量超过对流热流量，防热瓦发生烧蚀。这就需要对几个学科进行详细研究，例如气动载荷、气动加热、飞行器稳定性、导航、制导与控制以及着陆特性。
在此思想下，本书通过考虑适应不同空间任务需求的空间飞行器对高超声速空气动力学和热力学的不同主题进行详细阐述，这些飞行器包括乘员返回飞行器（CRV）、乘员探索飞行器（CEV）、取样返回飞行器（SRV）和飞行试验平台（FTB）。
第一章介绍了高超声速空气动力学和热力学的基本知识，详细讨论了高超声速流场的几个关键特征。例如，这一章展示了再入飞行器的大部分能量需要以热能的形式耗散。但是以现有材料制成的飞行器，没有能在吸收了其中一小部分热量后还可以幸存的。这一关键设计问题在第二章做了详细介绍，解释了一个成功着陆如何让绝大部分的能量损失加热机体周围的气体而不是机体本身，并且揭示了高超声速条件下的传热机制对设计理想的安全着陆方案十分关键的原因。第一章也指出，航天器进入一个行星大气层所产生的几乎所有关键热传递问题都发生在连续流中。事实上，在返回轨道的决定性部分，流过一个钝头体的流场（回转体或者机翼前缘）都有一道明显的弓形激波，机身表面和激波之间有一个被离解和电离热气体充斥着的激波层，还有一个使气体温度急剧下降到飞行器表面温度值的边界层。之后，仔细讨论了气动系数符号和约定。最终，介绍了高超声速空气动力学和热力学的流体动态特征数。
第二章给出了用以评估航天器返回过程中下降飞行轨迹和需要承受的相应的气动热载荷环境的数学模型。热能通过边界层内化学成分的传导和扩散以及鼻区附近激波层内热气体的辐射传递到飞行器上，其中辐射的光谱范围大部分在近红外与紫外之间；同时热量也会从飞行器表面以红外到远红外的光谱范围辐射出去，这使得激波层内的气体近乎透明（如壁面辐射冷却）。本章讨论了保护航天器从大气层返回时强烈气动加热的热防护系统（TPS）概念，给出了飞行器驻点处几个颇为简单的用以评估辐射和传导（从流体到表面）热流密度的工程关系式，这些热流估算公式对于在早期设计阶段开展必要的快速评估是非常基础的。
