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5.力图为研究和设计的人员提供新的设计思路和方法。
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| 內容簡介： |
本书明确了深空探测的内涵，系统地梳理了深空探测的发展历程，前瞻了无人深空探测活动的发展趋势和技术需求。针对这些难点和重点，从深空探测器设计所面临的特殊环境、总体设计、飞行轨道、科学载荷、制导导航与控制、大气减速、测控通信、热控、推进、电源、自主管理、机构、遥操作、地面试验验证等多个方面，对设计方法、设计要素、典型技术、发展展望等内容，结合探月工程和首次火星等任务的工程实践和实例做了系统的阐述和总结。
本书可作为高等院校宇航相关专业学生的教学参考书，也可供从事宇航工程、航天器总体设计及有关专业的科技人员参考。
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| 關於作者： |
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孙泽洲，研究员，博士生导师，航天深空探测领域专家，现任职于中国空间技术研究院总体部，嫦娥四号、火星探测器总设计师。主要从事深空探测项目论证、探测器总体设计等方向的研究工作。主持研制嫦娥三号，并成功完成我国首次月面软着陆和巡视探测。曾获国家科学技术进步奖特等奖、国防科学技术奖特等奖等多项奖励。发表核心期刊论文20余篇。
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| 目錄：
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第 1章 概论001
1.1 深空探测的意义 002
1.2 深空探测发展概况 004
1.2.1 国外深空探测发展概况005
1.2.2 我国深空探测发展概况006
1.2.3 深空探测的发展趋势010
1.3 未来深空探测技术发展需求012
1.4 展望015
参考文献016
第 2章 深空环境特征及其影响017
2.1 引言018
2.2 地球空间环境020
2.2.1 深空探测器面临的主要地球空间环境特征 020
2.2.2 地球空间环境对深空探测器的影响 023
2.3 月球空间环境026
2.3.1 概述 026
2.3.2 月球辐射环境及其影响027
2.3.3 月球大气及其影响031
2.3.4 月壤 月尘及其影响032
2.3.5 月面地形地貌及其影响036
2.4 火星空间环境038
2.4.1 概述 038
2.4.2 火星辐射环境及影响039
2.4.3 火星大气环境影响040
2.4.4 火星尘埃环境影响041
2.4.5 火星表面地形地貌041
2.4.6 火星的卫星 042
2.5 木星空间环境043
2.5.1 概述 043
2.5.2 木星强磁场环境044
2.5.3 木星强辐射带环境045
2.5.4 木星等离子体环境045
2.5.5 木星大气环境 045
2.5.6 木星的卫星 046
2.6 金星空间环境047
2.6.1 概述 047
2.6.2 金星磁场048
2.6.3 金星大气环境 048
2.6.4 金星表面地形 049
2.7 其他行星际空间环境051
2.7.1 行星际环境 051
2.7.2 小行星环境 051
2.7.3 彗星环境052
2.8 展望054
参考文献055
第3章 总体设计技术056
3.1 引言057
3.2 深空探测器总体设计概述058
3.2.1 深空探测器任务特点058
3.2.2 系统任务分析 060
3.2.3 系统总体设计流程062
3.3 环绕探测类任务总体设计063
3.3.1 任务分析063
3.3.2 技术指标分解 065
3.3.3 飞行程序设计 066
3.3.4 关键技术分析 066
3.3.5 设计验证067
3.4 着陆探测类任务总体设计068
3.4.1 任务分析068
3.4.2 技术指标分解 071
3.4.3 飞行程序设计 071
3.4.4 关键技术分析 073
3.4.5 设计验证074
3.5 巡视探测类任务总体设计075
3.5.1 任务分析075
3.5.2 技术指标分解 078
3.5.3 工作程序设计 079
3.5.4 关键技术分析 079
3.5.5 设计验证080
3.6 采样返回探测类任务总体设计 081
3.6.1 任务分析081
3.6.2 技术指标分解 087
3.6.3 飞行程序设计 088
3.6.4 关键技术分析 089
3.6.5 设计验证093
3.7 展望094
参考文献095
第4章 轨道设计技术096
4.1 引言097
4.2 典型轨道类型098
4.2.1 月球探测098
4.2.2 行星探测099
4.2.3 小行星探测 100
4.2.4 平动点任务 102
4.3 轨道设计过程概述 103
4.4 转移轨道设计105
4.4.1 直接转移105
4.4.2 借力飞行113
4.4.3 深空机动117
4.4.4 小推力转移 119
4.5 使命轨道设计136
4.5.1 环绕探测136
4.5.2 平动点任务 141
4.5.3 交会对接147
4.6 轨控策略设计153
4.7 展望155
参考文献156
第5章 有效载荷技术159
5.1 引言160
5.2 深空探测研究的主要科学问题 162
5.2.1 从系统角度看深空探测的科学问题 162
5.2.2 我国月球和火星探测的科学目标与有效载荷配置165
5.3 形貌获取技术172
5.3.1 科学探测任务 172
5.3.2 立体像对获取技术172
5.3.3 彩色CMOS器件173
5.3.4 相机系统设计 174
5.3.5 自动曝光技术 176
5.3.6 定标与地面验证试验178
5.4 元素成分鉴别技术 179
5.4.1 科学探测任务 179
5.4.2 元素成分鉴别原理179
5.4.3 激发源的选取策略180
5.4.4 传感器的选取与设计技术 181
5.4.5 系统设计183
5.4.6 定标与地面验证试验185
5.5 月基天文观测技术 186
5.5.1 科学探测任务 186
5.5.2 谱段和观测天区选择187
5.5.3 望远镜设计 187
5.5.4 杂散光抑制 187
5.5.5 定标与地面验证试验188
5.6 展望189
参考文献190
第6章 制导导航控制技术 192
6.1 引言193
6.2 轨道控制技术194
6.2.1 深空探测器轨道控制特点 194
6.2.2 大冲量轨道控制策略195
6.2.3 精确轨道控制 200
6.2.4 轨道控制系统设计205
6.3 天体进入与着陆GNC技术209
6.3.1 天体进入与着陆GNC技术特点209
6.3.2 大气进入控制 210
6.3.3 动力下降控制 211
6.3.4 障碍识别与规避212
6.3.5 天体进入与着陆GNC系统设计213
6.4 天体表面巡视GNC技术219
6.4.1 巡视器GNC特点219
6.4.2 环境感知220
6.4.3 位姿确定与估计222
6.4.4 路径规划223
6.4.5 运动控制225
6.4.6 天体表面巡视GNC系统设计227
6.5 展望232
参考文献233
第7章 大气减速技术234
7.1 引言235
7.2 气动力与气动热分析238
7.2.1 空气动力学基本概念238
7.2.2 大气进入气动问题研究243
7.2.3 大气进入气动分析与预测 247
7.3 气动热防护设计 258
7.3.1 热防护技术基础理论258
7.3.2 大气进入热防护技术263
7.3.3 大气进入热防护设计267
7.4 大气进入制导与控制设计275
7.4.1 大气进入制导控制技术275
7.4.2 大气进入轨道设计277
7.4.3 大气进入制导与控制设计 282
7.5 降落伞减速设计 284
7.5.1 降落伞减速概述284
7.5.2 大气进入降落伞技术287
7.5.3 深空探测器降落伞设计290
7.5.4 降落伞设计仿真分析303
7.6 展望305
参考文献306
第8章 测控通信技术307
8.1 引言308
8.2 深空无线电测量技术310
8.2.1 深空测距310
8.2.2 深空测速312
8.2.3 深空测角315
8.3 深空射频系统技术 320
8.3.1 射频调制320
8.3.2 高灵敏度接收 321
8.3.3 高EIRP发射 322
8.3.4 激光通信323
8.4 深空遥测遥控和数据通信技术 325
8.4.1 数据格式325
8.4.2 信道编码328
8.5 深空测控通信系统设计331
8.5.1 任务分析331
8.5.2 系统方案338
8.5.3 仿真与验证 342
8.6 展望345
参考文献347
第9章 热控技术 349
9.1 引言350
9.2 深空热环境特点 351
9.2.1 水星热环境 352
9.2.2 金星热环境 353
9.2.3 月球热环境 354
9.2.4 火星热环境 355
9.2.5 外行星热环境 357
9.3 热控关键技术359
9.3.1 重力辅助两相流体回路技术359
9.3.2 水升华器技术 361
9.3.3 可变热导热管技术364
9.3.4 气凝胶技术 365
9.4 深空探测器热控系统设计369
9.4.1 国内外典型深空探测器热控系统简介 369
9.4.2 热设计的基本原则375
9.4.3 热设计376
9.4.4 热分析379
9.4.5 地面模拟试验 384
9.5 展望389
参考文献391
第 10章 推进技术393
10.1 引言394
10.2 推进系统分类395
10.2.1 冷气推进395
10.2.2 化学推进396
10.2.3 电推进406
10.2.4 新概念推进 411
10.3 深空探测推进系统设计与验证415
10.3.1 任务分析415
10.3.2 推进系统选型 419
10.3.3 方案设计420
10.4 展望430
参考文献432
第 11章 电源技术434
11.1 引言435
11.2 太阳电池技术436
11.2.1 光谱匹配436
11.2.2 防尘技术439
11.3 MPPT技术441
11.3.1 MPPT基本原理441
11.3.2 MPPT实现方式442
11.3.3 MPPT拓扑结构444
11.4 锂离子蓄电池技术 446
11.4.1 锂离子蓄电池概述446
11.4.2 锂离子电池的耐低温技术447
11.5 空间核电源452
11.5.1 空间核电源概述452
11.5.2 RTG技术 453
11.5.3 核反应堆电源 456
11.6 深空电源系统设计 462
11.6.1 任务分析462
11.6.2 太阳电池阵设计467
11.6.3 蓄电池组设计 469
11.6.4 电源控制器设计471
11.6.5 电源系统设计示例471
11.7 展望477
参考文献479
第 12章 自主管理技术 482
12.1 引言483
12.2 自主管理技术概述 484
12.2.1 自主运行体系结构485
12.2.2 体系结构及其组件485
12.2.3 故障检测和诊断488
12.2.4 规划和调度 491
12.3 深空探测器自主管理技术496
12.3.1 火星车自主能力发展历程497
12.3.2 火星车自主管理技术需求分析498
12.3.3 火星车自主管理实现方案框架505
12.3.4 火星车自主任务规划507
12.4 展望511
参考文献512
第 13章 机构技术514
13.1 引言515
13.2 着陆缓冲机构516
13.2.1 着陆缓冲机构的功能及组成特点 517
13.2.2 着陆缓冲机构设计与验证519
13.3 巡视器转移机构 529
13.3.1 巡视器转移机构的功能及组成特点 530
13.3.2 巡视器转移机构设计与验证532
13.4 巡视器移动机构 539
13.4.1 巡视器移动机构的功能及组成特点 539
13.4.2 巡视器移动机构设计与验证541
13.5 取样机构 554
13.5.1 样品取样机构的功能及组成特点 554
13.5.2 样品取样机构设计与验证557
13.6 展望567
参考文献568
第 14章 遥操作技术569
14.1 引言570
14.2 巡视器的遥操作 572
14.2.1 遥操作与遥科学573
14.2.2 空间环境下遥操作的特点573
14.2.3 空间环境下遥操作的分类574
14.2.4 地外天体表面巡视器遥操作574
14.3 国外巡视器遥操作技术发展情况576
14.3.1 苏联月面巡视器月球车的遥操作576
14.3.2 美国载人月面巡视器LRV的遥操作 577
14.3.3 美国火星巡视器索杰纳的遥操作577
14.3.4 美国火星巡视器MER的遥操作578
14.3.5 美国火星巡视器MSL的遥操作581
14.4 巡视探测器遥操作系统任务分析582
14.5 遥操作系统关键技术584
14.5.1 绝对定位与相对定位技术584
14.5.2 图像信息融合技术585
14.5.3 任务规划588
14.5.4 路径规划590
14.5.5 机械臂规划 590
14.6 遥操作系统实现与实施593
14.6.1 系统功能与组成593
14.6.2 系统框架594
14.6.3 操作实施流程 595
14.6.4 控制指令生成系统597
14.6.5 数字仿真系统 597
14.6.6 物理仿真系统 597
14.7 展望599
参考文献600
第 15章 地面试验验证技术602
15.1 引言603
15.2 技术发展现状604
15.2.1 气动减速环节试验技术604
15.2.2 动力减速环节试验技术612
15.2.3 软着陆环节验证技术614
15.2.4 起飞环节验证技术618
15.3 需求分析 621
15.3.1 试验规划原则 621
15.3.2 验证试验需求 621
15.4 试验验证技术625
15.4.1 气动减速环节试验技术625
15.4.2 动力减速、软着陆及起飞环节验证技术 633
15.5 展望653
参考文献654
索引 656
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