国之重器出版工程 载人深空探测技术导论（上下册）

　　本书内容覆盖了未来载人登月、月球基地、载人小行星、载人登火星及火星基地等任务，并对各项任务的技术途径和技术难点有选择地进行了阐述。共12章，前4章介绍与载人深空探测任务相关的概念、发展概述、科学目标、任务介绍等，为理解载人深空探测任务的概念和科学内涵做好铺垫；第5章和第6章介绍与载人深空探测任务分析相关的知识，如飞行模式和轨道设计；第7~11章介绍载人深空探测任务构建的核心能力和关键系统，如着陆与起飞、推进技术、原位资源利用、居住系统、人机联合探测等；第12章介绍地面模拟活动及试验验证技术。本书主要供从事载人航天、深空探测等方面研究、设计的工程技术人员及从事国防工业的决策人员提供参考，亦可作为高等院校宇航学科专业的教学用书。

　　果琳丽博士，中国空间技术研究院航天东方红卫星有限公司研究员、哈尔滨工业大学兼职博士生导师，曾任载人航天总体部星际探测研究室主任。长期从事载人深空探测系统总体技术研究。国际宇航联IAA航天动力学专业组委员、中国航天科技集团公司科技委运载专业组委员、中国振动工程学会冲击及防护工程专业委员会委员，《中国空间科学与技术》《空间控制技术与应用》《太空探索》等期刊编委，主持载人航天和深空探测领域多项研究课题。曾获国防科技进步奖三等奖1项，在国内外期刊发表学术论文70余篇，参与及编写学术专著5部。杨宏中国空间技术研究院载人航天总体部研究员、国际宇航科学院院士、博士生导师。历任载人飞船副总设计师、“天宫一号”总设计师等职务，现任空间站系统总设计师。长期从事载人航天器信息与电子系统总体设计、系统设计和工程管理。曾获国家科技进步特等奖2项、全军科技进步一等奖2项，享受政府特殊津贴；获中国青年科技创新杰出奖、“全国优秀科技工作者”称号、全国创新争先奖和航天功勋奖等荣誉。在国内外期刊会议发表论文43篇，出版学术专著2部。田林博士，中国空间技术研究院载人航天总体部高级工程师。主要从事载人深空探测系统论证及控制推进技术研究。主持并参与中国科学院和中国工程院战略研究项目、载人航天预先研究项目、863计划项目等10余项，发表学术论文近20篇，参编学术专著3部。彭坤博士，中国空间技术研究院载人航天总体部高级工程师，英国恩克莱德大学访问学者。主要从事载人深空探测航天器总体设计以及轨道动力学与控制等领域的研究工作。主持并参与载人航天预先研究项目、863计划项目以及国家重大科技专项等10余项，发表学术论文30余篇，申请发明专利6项（已授权3项），参编学术专著2部。黄铁球博士，北京交通大学机械与电子控制工程学院副教授、硕士生导师。长期从事柔性多体动力学与联合仿真领域研究、星球车轮壤接触及整车动力学研究。曾获国防科技进步二等奖1项，发表学术论文20余篇，参编学术专著2部。

上册
第 1章载人深空探测的概念与内涵00
1．1载人深空探测的概念00
1．1．1基本概念和内涵00
1．1．2载人与无人深空探测的差异00
1．1．3载人深空探测的发展原则00
1．2载人深空探测顶层任务分析内容00
1．2．1战略规划与技术路径00
1．2．2任务目标与探测载荷0
1．2．3体系架构与任务分析0
1．2．4核心能力与关键系统0
1．2．5地面试验及模拟验证0
1．3载人深空探测任务面临的挑战0
1．3．1“去、登、回”面临的挑战0
1．3．2“驻”面临的挑战0
1．3．3“用”面临的挑战0
1．3．4“人”面临的挑战0
1．4载人深空探测体系工程的内涵0
1．4．1体系工程的概念及特点0
1．4．2基于模型的系统工程概念0
思考题0
参考文献0
第 2章载人深空探测发展概况0
2．1概述0
2．2载人深空探测任务发展概况0
2．2．1载人月球探测任务0
2．2．2载人小行星探测任务0
2．2．3载人火星探测任务0
2．2．4其他载人深空探测任务0
载人深空探测技术导论目录2．3载人深空探测飞行器发展概况0
2．3．1载人月球探测飞行器系统0
2．3．2载人月球基地0
2．3．3载人小行星探测飞行器系统0
2．3．4载人火星探测飞行器系统0
2．3．5载人火星基地0
2．4载人深空探测关键技术发展概况0
思考题
参考文献
第3章科学目标及探测载荷
3．1月球探测的科学目标
3．1．1Apollo载人登月工程对月球科学的贡献
3．1．2“星座计划”提出的月球科学探测主题和科学目标
3．2小行星探测的科学目标
3．3火星探测的科学目标
3．4太阳系天体探测的科学载荷
3．4．1常用的科学载荷
3．4．2嫦娥月球探测器的有效载荷
3．4．3载人空间站的有效载荷
思考题
参考文献
第4章长期深空探测任务对人的影响
4．1深空探测任务中人类的基本需求
4．1．1人对基本物质消耗品的需求
4．1．2人对适居环境的需求
4．2深空环境及对人体生理的影响
4．2．1变重力环境对人体的影响
4．2．2空间辐射环境的生物效应
4．2．3星球特殊环境对人体的影响
4．3长期深空探测任务对人体心理精神的影响
4．3．1不同航天飞行任务与南极越冬的心理因素比较
4．3．2长期深空探测任务中可能发生的精神性障碍
4．3．3长期深空探测任务中心理社会问题及其对策
4．4案例：载人火星探测任务对人体的风险分析
4．4．1火星探测任务中乘员风险分析的相关因素
4．4．2风险等级的含义
4．4．3登陆火星任务的风险等级判定
4．4．4环绕火星任务的风险等级判定
4．4．5风险点及减缓策略
思考题
参考文献
第5章载人深空探测飞行模式
5．1载人月球探测飞行模式
5．1．1直接载人登月飞行模式
5．1．2基于空间站的载人登月飞行模式
5．1．3多种载人登月飞行模式比较
5．2载人小行星探测飞行模式
5．2．1近地组装发射飞行模式
5．2．2日地L2点停泊飞行模式
5．2．3双曲线交会对接飞行模式
5．2．4大椭圆轨道交会对接飞行模式
5．2．5地月L1/L2点停泊飞行模式
5．2．6多种飞行模式对比分析
5．3载人火星探测飞行模式
5．3．1火星探测参考任务的演变
5．3．2基于ISRU飞行模式的优势
5．3．3火星及卫星探测的飞行模式
思考题
参考文献
第6章载人深空探测轨道设计
6．1典型载人登月轨道设计方法
6．1．1载人登月轨道设计
6．1．2平动点轨道及其转移轨道设计
6．1．3载人小行星轨道设计
6．2基于直接登月模式的载人登月轨道方案
6．2．1飞行阶段划分
6．2．2近地轨道交会对接轨道方案
6．2．3载人地月转移轨道方案
6．2．4近月制动轨道方案
6．2．5环月飞行轨道方案
6．2．6动力下降轨道方案
6．2．7月面上升轨道方案
6．2．8环月轨道交会对接轨道方案
6．2．9月地返回轨道方案
6．2．10再入轨道方案
6．3基于地月L2点空间站的载人登月轨道方案
6．3．1空间站轨道方案
6．3．2载人天地往返轨道方案
6．3．3登月任务轨道方案
6．4载人小行星探测轨道方案
6．4．1小行星目标星选择
6．4．2基于近地组装发射飞行模式的轨道方案
思考题
参考文献
第7章载人行星进入减速着陆与起飞技术
7．1飞行过程概述
7．1．1载人月面着陆及起飞过程
7．1．2载人火星进入减速及着陆过程
7．2高精度GNC技术
7．2．1载人月面着陆起飞GNC技术
7．2．2火星大气进入GNC技术
7．3大气进入热防护技术
7．3．1热防护需求与途径
7．3．2常用热防护方式
7．3．3防热方案
7．4着陆起飞稳定技术
7．4．1着陆缓冲与起飞稳定
7．4．2发动机羽流防护与导流
思考题
参考文献
下册
第8章空间推进技术
8．1低温火箭发动机技术
8．1．1低温液氧煤油发动机技术
8．1．2低温液氢液氧发动机技术
8．1．3低温液氧甲烷发动机技术
8．1．4重型运载火箭中的低温火箭发动机
8．2空间低温推进技术
8．2．1起动前及多次起动的预冷和吹除
8．2．2低温推进剂在轨长期储存与蒸发量控制
8．2．3发动机的推力和混合比调节
8．2．4发动机的健康管理与故障诊断
8．2．5低温推进剂在轨补加
8．3变推力发动机技术
8．3．1实现变推力的技术途径
8．3．2变推力发动机发展历程
8．3．3变推力发动机的技术特点
8．4大功率太阳能电推进技术
8．4．1SEP电推进的典型任务需求
8．4．2典型大功率等离子体电推力器技术指标
8．4．3大功率等离子体电推进关键技术
8．5空间核推进技术
8．5．1核裂变推进技术
8．5．2核聚变推进技术
8．5．3空间核能系统的安全措施
思考题
参考文献
第9章原位资源利用
9．1原位资源利用的概念
9．2原位资源利用的需求
9．2．1生保消耗品的需求
9．2．2化学推进剂的需求
9．2．3建筑材料等生活用品的需求
9．3原位资源利用的价值
9．4原位资源利用的过程
9．5原位资源利用的探测
9．5．1资源品位分析
9．5．2资源分布和储量探测
9．5．3资源遥感勘探
9．5．4月球原位资源探测
9．5．5火星原位资源探测
9．6原位资源利用的方法
9．6．1利用水冰制备H2O的方法
9．6．2利用火星大气中CO2制备O2和CH4的方法
9．6．3利用火星大气制备H2O的方法
9．6．4利用月壤制备O2的方法
9．6．5利用月壤微波烧结制备建筑材料的方法
9．6．6利用月壤3D打印月球基地结构的方法
9．7资源循环利用与环境保护
9．7．1资源循环利用
9．7．2环境保护
思考题
参考文献
第 10章居住系统
10．1持久的争论
10．2居住系统的系统设计
10．2．1居住系统的类型
10．2．2居住系统的选址分析
10．2．3居住系统的构型与结构设计
10．2．4居住系统的组装与建造
10．3居住系统的关键分系统
10．3．1结构与密封系统
10．3．2控制与推进系统
10．3．3信息管理系统
10．3．4热管理系统
10．3．5能源系统
10．3．6载人环境与乘员保障系统
10．3．7安全防护系统
10．4居住系统运营管理技术
10．4．1运营管理任务规划技术
10．4．2后勤补给技术
10．4．3维修维护技术
思考题
参考文献
第 11章人机联合探测技术
11．1人机联合探测的概念与内涵
11．1．1基本概念
11．1．2人机智能系统的发展
11．2人机联合任务规划技术
11．2．1月面探测任务需求分析
11．2．2月面人机系统的功能分配
11．2．3月面人机作业任务规划
11．3空间机器人技术
11．3．1空间机器人的分类与任务应用
11．3．2空间机器人的系统分析
11．3．3VR及AR技术在遥操作中的应用
11．3．4新型人机交互技术
思考题
参考文献
第 12章地面模拟活动及试验验证技术
12．1地面模拟活动及相关概念
12．2航天员环境模拟试验及训练
12．2．1航天员低/微重力环境适应性训练
12．2．2交会对接地面试验验证
12．2．3载人月面着陆训练模拟
12．2．4基于虚拟现实技术的人机交互验证
12．3飞行器的高速进/再入试验验证
12．3．1地球大气高速再入返回试验
12．3．2火星大气高速进入试验
12．4飞行器的着陆起飞试验验证
12．4．1着陆制动及避障试验
12．4．2返回舱着水冲击试验
12．4．3着陆缓冲机构试验
12．5行星表面活动试验验证
12．5．1载人月球车机动试验
12．5．2载人火星车机动试验
12．5．3载人小行星探测表面活动试验
12．6地外行星驻留地面模拟试验
12．6．1居住基地建设试验验证
12．6．2受控生态生保试验验证
12．6．3登陆火星霍顿-火星模拟试验
12．7行星原位资源利用地面模拟试验
12．7．1月面矿产资源原位利用试验
12．7．2月面原位资源加工制造试验
12．8极端环境模拟试验
12．8．1“宝瓶座”水下居住舱试验
12．8．2亭湖研究项目试验
12．8．3长期任务模拟“火星500”试验
思考题
参考文献
附录A月球探测任务情况
附录B小行星探测任务情况
附录C火星探测任务情况
附录D飞行模式评价指标体系
附录E运输效率和运输质量
附录F火星表面的生命保障消耗品
附录G无人火星探测任务EDLA阶段主要技术参数
附录H缩略词
附录I公式符号说明表
致谢
索引