本書(shū)明確了深空探測(cè)的內(nèi)涵，系統(tǒng)地梳理了深空探測(cè)的發(fā)展歷程，前瞻了無(wú)人深空探測(cè)活動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)需求。針對(duì)這些難點(diǎn)和重點(diǎn)，從深空探測(cè)器設(shè)計(jì)所面臨的特殊環(huán)境、總體設(shè)計(jì)、飛行軌道、科學(xué)載荷、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制、大氣減速、測(cè)控通信、熱控、推進(jìn)、電源、自主管理、機(jī)構(gòu)、遙操作、地面試驗(yàn)驗(yàn)證等多個(gè)方面，對(duì)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)要素、典型技術(shù)、發(fā)展展望等內(nèi)容，結(jié)合探月工程和首次火星等任務(wù)的工程實(shí)踐和實(shí)例做了系統(tǒng)的闡述和總結(jié)。
本書(shū)可作為高等院校宇航相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)參考書(shū)，也可供從事宇航工程、航天器總體設(shè)計(jì)及有關(guān)專業(yè)的科技人員參考。
1.展現(xiàn)了我國(guó)空間科學(xué)技術(shù)的眾多原創(chuàng)性科研成果。
2.反映“互聯(lián)網(wǎng)+”與航天技術(shù)的融合發(fā)展。
3.體現(xiàn)我國(guó)空間探索和空間應(yīng)用的科技創(chuàng)新能力。
4.叢書(shū)由葉培建院士領(lǐng)銜，孫家棟、閔桂榮、王希季三位院士聯(lián)袂推薦。
5.力圖為研究和設(shè)計(jì)的人員提供新的設(shè)計(jì)思路和方法。
孫澤洲，研究員，博士生導(dǎo)師，航天深空探測(cè)領(lǐng)域?qū)＜遥F(xiàn)任職于中國(guó)空間技術(shù)研究院總體部，“嫦娥四號(hào)”、火星探測(cè)器總設(shè)計(jì)師。主要從事深空探測(cè)項(xiàng)目論證、探測(cè)器總體設(shè)計(jì)等方向的研究工作。主持研制“嫦娥三號(hào)”，并成功完成我國(guó)首次月面軟著陸和巡視探測(cè)。曾獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)、國(guó)防科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。發(fā)表核心期刊論文20余篇。
第 1章 概論 001
1.1 深空探測(cè)的意義 002
1.2 深空探測(cè)發(fā)展概況 004
1.2.1 國(guó)外深空探測(cè)發(fā)展概況 005
1.2.2 我國(guó)深空探測(cè)發(fā)展概況 006
1.2.3 深空探測(cè)的發(fā)展趨勢(shì) 010
1.3 未來(lái)深空探測(cè)技術(shù)發(fā)展需求 012
1.4 展望 015
參考文獻(xiàn) 016
第 2章 深空環(huán)境特征及其影響 017
2.1 引言 018
2.2 地球空間環(huán)境 020
2.2.1 深空探測(cè)器面臨的主要地球空間環(huán)境特征 020
2.2.2 地球空間環(huán)境對(duì)深空探測(cè)器的影響 023
2.3 月球空間環(huán)境 026
2.3.1 概述 026
2.3.2 月球輻射環(huán)境及其影響 027
2.3.3 月球大氣及其影響 031
2.3.4 月壤/月塵及其影響 032
2.3.5 月面地形地貌及其影響 036
2.4 火星空間環(huán)境 038
2.4.1 概述 038
2.4.2 火星輻射環(huán)境及影響 039
2.4.3 火星大氣環(huán)境影響 040
2.4.4 火星塵埃環(huán)境影響 041
2.4.5 火星表面地形地貌 041
2.4.6 火星的衛(wèi)星 042
2.5 木星空間環(huán)境 043
2.5.1 概述 043
2.5.2 木星強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境 044
2.5.3 木星強(qiáng)輻射帶環(huán)境 045
2.5.4 木星等離子體環(huán)境 045
2.5.5 木星大氣環(huán)境 045
2.5.6 木星的衛(wèi)星 046
2.6 金星空間環(huán)境 047
2.6.1 概述 047
2.6.2 金星磁場(chǎng) 048
2.6.3 金星大氣環(huán)境 048
2.6.4 金星表面地形 049
2.7 其他行星際空間環(huán)境 051
2.7.1 行星際環(huán)境 051
2.7.2 小行星環(huán)境 051
2.7.3 彗星環(huán)境 052
2.8 展望 054
參考文獻(xiàn) 055
第3章 總體設(shè)計(jì)技術(shù) 056
3.1 引言 057
3.2 深空探測(cè)器總體設(shè)計(jì)概述 058
3.2.1 深空探測(cè)器任務(wù)特點(diǎn) 058
3.2.2 系統(tǒng)任務(wù)分析 060
3.2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程 062
3.3 環(huán)繞探測(cè)類(lèi)任務(wù)總體設(shè)計(jì) 063
3.3.1 任務(wù)分析 063
3.3.2 技術(shù)指標(biāo)分解 065
3.3.3 飛行程序設(shè)計(jì) 066
3.3.4 關(guān)鍵技術(shù)分析 066
3.3.5 設(shè)計(jì)驗(yàn)證 067
3.4 著陸探測(cè)類(lèi)任務(wù)總體設(shè)計(jì) 068
3.4.1 任務(wù)分析 068
3.4.2 技術(shù)指標(biāo)分解 071
3.4.3 飛行程序設(shè)計(jì) 071
3.4.4 關(guān)鍵技術(shù)分析 073
3.4.5 設(shè)計(jì)驗(yàn)證 074
3.5 巡視探測(cè)類(lèi)任務(wù)總體設(shè)計(jì) 075
3.5.1 任務(wù)分析 075
3.5.2 技術(shù)指標(biāo)分解 078
3.5.3 工作程序設(shè)計(jì) 079
3.5.4 關(guān)鍵技術(shù)分析 079
3.5.5 設(shè)計(jì)驗(yàn)證 080
3.6 采樣返回探測(cè)類(lèi)任務(wù)總體設(shè)計(jì) 081
3.6.1 任務(wù)分析 081
3.6.2 技術(shù)指標(biāo)分解 087
3.6.3 飛行程序設(shè)計(jì) 088
3.6.4 關(guān)鍵技術(shù)分析 089
3.6.5 設(shè)計(jì)驗(yàn)證 093
3.7 展望 094
參考文獻(xiàn) 095
第4章 軌道設(shè)計(jì)技術(shù) 096
4.1 引言 097
4.2 典型軌道類(lèi)型 098
4.2.1 月球探測(cè) 098
4.2.2 行星探測(cè) 099
4.2.3 小行星探測(cè) 100
4.2.4 平動(dòng)點(diǎn)任務(wù) 102
4.3 軌道設(shè)計(jì)過(guò)程概述 103
4.4 轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì) 105
4.4.1 直接轉(zhuǎn)移 105
4.4.2 借力飛行 113
4.4.3 深空機(jī)動(dòng) 117
4.4.4 小推力轉(zhuǎn)移 119
4.5 使命軌道設(shè)計(jì) 136
4.5.1 環(huán)繞探測(cè) 136
4.5.2 平動(dòng)點(diǎn)任務(wù) 141
4.5.3 交會(huì)對(duì)接 147
4.6 軌控策略設(shè)計(jì) 153
4.7 展望 155
參考文獻(xiàn) 156
第5章 有效載荷技術(shù) 159
5.1 引言 160
5.2 深空探測(cè)研究的主要科學(xué)問(wèn)題 162
5.2.1 從系統(tǒng)角度看深空探測(cè)的科學(xué)問(wèn)題 162
5.2.2 我國(guó)月球和火星探測(cè)的科學(xué)目標(biāo)與有效載荷配置 165
5.3 形貌獲取技術(shù) 172
5.3.1 科學(xué)探測(cè)任務(wù) 172
5.3.2 立體像對(duì)獲取技術(shù) 172
5.3.3 彩色CMOS器件 173
5.3.4 相機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 174
5.3.5 自動(dòng)曝光技術(shù) 176
5.3.6 定標(biāo)與地面驗(yàn)證試驗(yàn) 178
5.4 元素成分鑒別技術(shù) 179
5.4.1 科學(xué)探測(cè)任務(wù) 179
5.4.2 元素成分鑒別原理 179
5.4.3 激發(fā)源的選取策略 180
5.4.4 傳感器的選取與設(shè)計(jì)技術(shù) 181
5.4.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 183
5.4.6 定標(biāo)與地面驗(yàn)證試驗(yàn) 185
5.5 月基天文觀測(cè)技術(shù) 186
5.5.1 科學(xué)探測(cè)任務(wù) 186
5.5.2 譜段和觀測(cè)天區(qū)選擇 187
5.5.3 望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì) 187
5.5.4 雜散光抑制 187
5.5.5 定標(biāo)與地面驗(yàn)證試驗(yàn) 188
5.6 展望 189
參考文獻(xiàn) 190
第6章 制導(dǎo)導(dǎo)航控制技術(shù) 192
6.1 引言 193
6.2 軌道控制技術(shù) 194
6.2.1 深空探測(cè)器軌道控制特點(diǎn) 194
6.2.2 大沖量軌道控制策略 195
6.2.3 精確軌道控制 200
6.2.4 軌道控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 205
6.3 天體進(jìn)入與著陸GNC技術(shù) 209
6.3.1 天體進(jìn)入與著陸GNC技術(shù)特點(diǎn) 209
6.3.2 大氣進(jìn)入控制 210
6.3.3 動(dòng)力下降控制 211
6.3.4 障礙識(shí)別與規(guī)避 212
6.3.5 天體進(jìn)入與著陸GNC系統(tǒng)設(shè)計(jì) 213
6.4 天體表面巡視GNC技術(shù) 219
6.4.1 巡視器GNC特點(diǎn) 219
6.4.2 環(huán)境感知 220
6.4.3 位姿確定與估計(jì) 222
6.4.4 路徑規(guī)劃 223
6.4.5 運(yùn)動(dòng)控制 225
6.4.6 天體表面巡視GNC系統(tǒng)設(shè)計(jì) 227
6.5 展望 232
參考文獻(xiàn) 233
第7章 大氣減速技術(shù) 234
7.1 引言 235
7.2 氣動(dòng)力與氣動(dòng)熱分析 238
7.2.1 空氣動(dòng)力學(xué)基本概念 238
7.2.2 大氣進(jìn)入氣動(dòng)問(wèn)題研究 243
7.2.3 大氣進(jìn)入氣動(dòng)分析與預(yù)測(cè) 247
7.3 氣動(dòng)熱防護(hù)設(shè)計(jì) 258
7.3.1 熱防護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)理論 258
7.3.2 大氣進(jìn)入熱防護(hù)技術(shù) 263
7.3.3 大氣進(jìn)入熱防護(hù)設(shè)計(jì) 267
7.4 大氣進(jìn)入制導(dǎo)與控制設(shè)計(jì) 275
7.4.1 大氣進(jìn)入制導(dǎo)控制技術(shù) 275
7.4.2 大氣進(jìn)入軌道設(shè)計(jì) 277
7.4.3 大氣進(jìn)入制導(dǎo)與控制設(shè)計(jì) 282
7.5 降落傘減速設(shè)計(jì) 284
7.5.1 降落傘減速概述 284
7.5.2 大氣進(jìn)入降落傘技術(shù) 287
7.5.3 深空探測(cè)器降落傘設(shè)計(jì) 290
7.5.4 降落傘設(shè)計(jì)仿真分析 303
7.6 展望 305
參考文獻(xiàn) 306
第8章 測(cè)控通信技術(shù) 307
8.1 引言 308
8.2 深空無(wú)線電測(cè)量技術(shù) 310
8.2.1 深空測(cè)距 310
8.2.2 深空測(cè)速 312
8.2.3 深空測(cè)角 315
8.3 深空射頻系統(tǒng)技術(shù) 320
8.3.1 射頻調(diào)制 320
8.3.2 高靈敏度接收 321
8.3.3 高EIRP發(fā)射 322
8.3.4 激光通信 323
8.4 深空遙測(cè)遙控和數(shù)據(jù)通信技術(shù) 325
8.4.1 數(shù)據(jù)格式 325
8.4.2 信道編碼 328
8.5 深空測(cè)控通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 331
8.5.1 任務(wù)分析 331
8.5.2 系統(tǒng)方案 338
8.5.3 仿真與驗(yàn)證 342
8.6 展望 345
參考文獻(xiàn) 347
第9章 熱控技術(shù) 349
9.1 引言 350
9.2 深空熱環(huán)境特點(diǎn) 351
9.2.1 水星熱環(huán)境 352
9.2.2 金星熱環(huán)境 353
9.2.3 月球熱環(huán)境 354
9.2.4 火星熱環(huán)境 355
9.2.5 外行星熱環(huán)境 357
9.3 熱控關(guān)鍵技術(shù) 359
9.3.1 重力輔助兩相流體回路技術(shù) 359
9.3.2 水升華器技術(shù) 361
9.3.3 可變熱導(dǎo)熱管技術(shù) 364
9.3.4 氣凝膠技術(shù) 365
9.4 深空探測(cè)器熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 369
9.4.1 國(guó)內(nèi)外典型深空探測(cè)器熱控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 369
9.4.2 熱設(shè)計(jì)的基本原則 375
9.4.3 熱設(shè)計(jì) 376
9.4.4 熱分析 379
9.4.5 地面模擬試驗(yàn) 384
9.5 展望 389
參考文獻(xiàn) 391
第 10章 推進(jìn)技術(shù) 393
10.1 引言 394
10.2 推進(jìn)系統(tǒng)分類(lèi) 395
10.2.1 冷氣推進(jìn) 395
10.2.2 化學(xué)推進(jìn) 396
10.2.3 電推進(jìn) 406
10.2.4 新概念推進(jìn) 411
10.3 深空探測(cè)推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 415
10.3.1 任務(wù)分析 415
10.3.2 推進(jìn)系統(tǒng)選型 419
10.3.3 方案設(shè)計(jì) 420
10.4 展望 430
參考文獻(xiàn) 432
第 11章 電源技術(shù) 434
11.1 引言 435
11.2 太陽(yáng)電池技術(shù) 436
11.2.1 光譜匹配 436
11.2.2 防塵技術(shù) 439
11.3 MPPT技術(shù) 441
11.3.1 MPPT基本原理 441
11.3.2 MPPT實(shí)現(xiàn)方式 442
11.3.3 MPPT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 444
11.4 鋰離子蓄電池技術(shù) 446
11.4.1 鋰離子蓄電池概述 446
11.4.2 鋰離子電池的耐低溫技術(shù) 447
11.5 空間核電源 452
11.5.1 空間核電源概述 452
11.5.2 RTG技術(shù) 453
11.5.3 核反應(yīng)堆電源 456
11.6 深空電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) 462
11.6.1 任務(wù)分析 462
11.6.2 太陽(yáng)電池陣設(shè)計(jì) 467
11.6.3 蓄電池組設(shè)計(jì) 469
11.6.4 電源控制器設(shè)計(jì) 471
11.6.5 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 471
11.7 展望 477
參考文獻(xiàn) 479
第 12章 自主管理技術(shù) 482
12.1 引言 483
12.2 自主管理技術(shù)概述 484
12.2.1 自主運(yùn)行體系結(jié)構(gòu) 485
12.2.2 體系結(jié)構(gòu)及其組件 485
12.2.3 故障檢測(cè)和診斷 488
12.2.4 規(guī)劃和調(diào)度 491
12.3 深空探測(cè)器自主管理技術(shù) 496
12.3.1 火星車(chē)自主能力發(fā)展歷程 497
12.3.2 火星車(chē)自主管理技術(shù)需求分析 498
12.3.3 火星車(chē)自主管理實(shí)現(xiàn)方案框架 505
12.3.4 火星車(chē)自主任務(wù)規(guī)劃 507
12.4 展望 511
參考文獻(xiàn) 512
第 13章 機(jī)構(gòu)技術(shù) 514
13.1 引言 515
13.2 著陸緩沖機(jī)構(gòu) 516
13.2.1 著陸緩沖機(jī)構(gòu)的功能及組成特點(diǎn) 517
13.2.2 著陸緩沖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 519
13.3 巡視器轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu) 529
13.3.1 巡視器轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的功能及組成特點(diǎn) 530
13.3.2 巡視器轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 532
13.4 巡視器移動(dòng)機(jī)構(gòu) 539
13.4.1 巡視器移動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能及組成特點(diǎn) 539
13.4.2 巡視器移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 541
13.5 取樣機(jī)構(gòu) 554
13.5.1 樣品取樣機(jī)構(gòu)的功能及組成特點(diǎn) 554
13.5.2 樣品取樣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 557
13.6 展望 567
參考文獻(xiàn) 568
第 14章 遙操作技術(shù) 569
14.1 引言 570
14.2 巡視器的遙操作 572
14.2.1 遙操作與遙科學(xué) 573
14.2.2 空間環(huán)境下遙操作的特點(diǎn) 573
14.2.3 空間環(huán)境下遙操作的分類(lèi) 574
14.2.4 地外天體表面巡視器遙操作 574
14.3 國(guó)外巡視器遙操作技術(shù)發(fā)展情況 576
14.3.1 蘇聯(lián)月面巡視器“月球車(chē)”的遙操作 576
14.3.2 美國(guó)載人月面巡視器LRV的遙操作 577
14.3.3 美國(guó)火星巡視器“索杰納”的遙操作 577
14.3.4 美國(guó)火星巡視器MER的遙操作 578
14.3.5 美國(guó)火星巡視器MSL的遙操作 581
14.4 巡視探測(cè)器遙操作系統(tǒng)任務(wù)分析 582
14.5 遙操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 584
14.5.1 絕對(duì)定位與相對(duì)定位技術(shù) 584
14.5.2 圖像信息融合技術(shù) 585
14.5.3 任務(wù)規(guī)劃 588
14.5.4 路徑規(guī)劃 590
14.5.5 機(jī)械臂規(guī)劃 590
14.6 遙操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與實(shí)施 593
14.6.1 系統(tǒng)功能與組成 593
14.6.2 系統(tǒng)框架 594
14.6.3 操作實(shí)施流程 595
14.6.4 控制指令生成系統(tǒng) 597
14.6.5 數(shù)字仿真系統(tǒng) 597
14.6.6 物理仿真系統(tǒng) 597
14.7 展望 599
參考文獻(xiàn) 600
第 15章 地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù) 602
15.1 引言 603
15.2 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 604
15.2.1 氣動(dòng)減速環(huán)節(jié)試驗(yàn)技術(shù) 604
15.2.2 動(dòng)力減速環(huán)節(jié)試驗(yàn)技術(shù) 612
15.2.3 軟著陸環(huán)節(jié)驗(yàn)證技術(shù) 614
15.2.4 起飛環(huán)節(jié)驗(yàn)證技術(shù) 618
15.3 需求分析 621
15.3.1 試驗(yàn)規(guī)劃原則 621
15.3.2 驗(yàn)證試驗(yàn)需求 621
15.4 試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù) 625
15.4.1 氣動(dòng)減速環(huán)節(jié)試驗(yàn)技術(shù) 625
15.4.2 動(dòng)力減速、軟著陸及起飛環(huán)節(jié)驗(yàn)證技術(shù) 633
15.5 展望 653
參考文獻(xiàn) 654
索引 656
新書(shū)資訊