目錄

第1章為什么探測(cè)火星？

1.1簡(jiǎn)介

1.2無(wú)人探測(cè)既有的觀點(diǎn)

1.3搜索火星生命的爭(zhēng)論

1.4為什么將人類送上火星？——支持者的看法

1.5把人類送上火星——質(zhì)疑者的看法

參考文獻(xiàn)

第2章規(guī)劃的空間探測(cè)任務(wù)

2.1行動(dòng)

2.2規(guī)劃太空任務(wù)

2.3架構(gòu)

2.4一系列步驟組成的任務(wù)

2.5運(yùn)送到目的地的是什么？

2.6在低地球軌道上的是什么？

2.7在發(fā)射臺(tái)上有什么？

2.8太空探測(cè)任務(wù)對(duì)IMLEO的要求

參考文獻(xiàn)

第3章60多年來(lái)載人火星探測(cè)任務(wù)的規(guī)劃

3.1Von Braun的版本

3.2NASA最早的概念

3.2.1早期的研究

3.2.220世紀(jì)60年代早期的研究

3.2.3核動(dòng)力火箭的發(fā)展

3.2.4波音公司在1968年所做的研究

3.3NASA之外的早期火星探測(cè)計(jì)劃

3.3.1行星學(xué)會(huì)和國(guó)際科學(xué)應(yīng)用公司的分析

3.3.2駛向火星Ⅱ期

3.420世紀(jì)80年代后期的NASA計(jì)劃

3.4.1洛斯·阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

3.4.2Sally Ride的研究

3.4.3SAIC

3.4.4星際探險(xiǎn)辦公室的案例研究(1988年)

3.4.5星際探險(xiǎn)辦公室的案例研究(1989年)

3.4.6空間探測(cè)發(fā)起人和其后繼者

3.4.7勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

3.520世紀(jì)90年代的一些獨(dú)立研究

3.5.1蘇聯(lián)的研究

3.5.2火星直擊

3.5.3火星協(xié)會(huì)推出的計(jì)劃

3.6DRM出現(xiàn)之前的時(shí)期

3.7NASA的DRM計(jì)劃(1993—2007年)

3.7.1設(shè)計(jì)參考任務(wù)��1（DRM��1）

3.7.2設(shè)計(jì)參考任務(wù)��3（DRM��3）

3.7.3DRM��3和DRM��1中的質(zhì)量比較

3.7.4DRM��3中的ISRU系統(tǒng)

3.7.5設(shè)計(jì)參考任務(wù)��4（DRM��4）

3.7.6雙登陸器計(jì)劃

3.7.7設(shè)計(jì)參考架構(gòu)��5(DRA��5)

3.7.8探測(cè)戰(zhàn)略研究小組(2006年)

3.8其他火星探險(xiǎn)計(jì)劃

3.8.1Team Vision的星際探測(cè)計(jì)劃

3.8.2麻省理工學(xué)院MIT的研究

3.8.3歐洲航天局的并行設(shè)計(jì)設(shè)施研究（2003年）

3.8.4使用軌道遙控火星表面無(wú)人

探測(cè)火星的HERRO任務(wù)

3.8.5波音公司（Boeing）在21世紀(jì)所做的研究

3.8.6返回計(jì)劃

3.8.7短期停留與長(zhǎng)期停留任務(wù)

3.8.8基于飛越和自由返回軌道的設(shè)計(jì)

3.9NASA近期的活動(dòng)

參考文獻(xiàn)

第4章去程與返回

4.1推進(jìn)系統(tǒng)

4.1.1空間運(yùn)輸對(duì)推進(jìn)劑的需求

4.1.2火箭方程

4.1.3火箭的干質(zhì)量

4.2軌道分析

4.2.1火箭科學(xué)基礎(chǔ)

4.2.2火星任務(wù)的持續(xù)時(shí)間及所需的推進(jìn)條件

4.2.3更加現(xiàn)實(shí)的模型

4.3從地球到近地軌道

4.4飛離近地軌道

4.4.1所需的Δv

4.4.2運(yùn)送至火星的質(zhì)量

4.4.3地�不疝D(zhuǎn)移軌道中使用核熱火箭

4.4.4使用太陽(yáng)能電推進(jìn)技術(shù)升高軌道過(guò)程

4.5進(jìn)入火星軌道

4.6從火星表面升空

4.7從火星軌道向火�驳剞D(zhuǎn)移軌道入軌

4.8地球軌道入軌

4.9傳動(dòng)比

4.9.1前言

4.9.2傳動(dòng)比計(jì)算

4.9.3地球逃逸的傳動(dòng)比

4.10近地軌道到火星軌道

4.11從近地軌道到火星表面

4.12火星任務(wù)中航天器初始質(zhì)量

4.12.1化學(xué)推進(jìn)和氣動(dòng)輔助

4.12.2核熱推進(jìn)的使用

4.12.3ISRU的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

第5章火星探測(cè)任務(wù)的關(guān)鍵要素

5.1維持生命的消耗品

5.1.1對(duì)消耗品的需求(不可循環(huán)利用)

5.1.2循環(huán)系統(tǒng)的使用

5.2輻射效應(yīng)和防輻射需求

5.2.1輻射源

5.2.2定義和單位

5.2.3對(duì)人的輻射效應(yīng)和允許劑量

5.2.4空間輻射

5.2.5火星任務(wù)的輻射水平

5.2.6輻射

5.3微重力影響

5.3.1零重力值一般影響簡(jiǎn)介

5.3.2低重力值影響綜述

5.3.3人造重力

5.3.4NASA應(yīng)對(duì)低重力影響的計(jì)劃

5.4封閉空間中的人為因素

5.5中止模式和任務(wù)安全

5.5.1ESAS月球任務(wù)中的中止模式和任務(wù)安全

5.5.2火星任務(wù)中的中止模式

5.5.3可接受的風(fēng)險(xiǎn)

5.6棲息艙

5.6.1棲息艙設(shè)計(jì)與人為因素

5.6.2火星棲息艙的地面模擬器

5.6.3DRM��1棲息艙

5.6.4DRM��3棲息艙

5.6.5雙著陸棲息艙

5.6.6SICSA棲息艙設(shè)計(jì)

5.6.7其他棲息艙概念

5.7氣動(dòng)輔助入軌、再入、下降和著陸

5.7.1引言

5.7.2無(wú)人駕駛航天器的經(jīng)驗(yàn)

5.7.3載人火星任務(wù)的再入、下降和著陸需求

5.7.4精確著陸

5.7.5開發(fā)/測(cè)試和驗(yàn)證計(jì)劃

參考文獻(xiàn)

第6章原位資源利用(ISRU)

6.1原位資源利用(ISRU)的價(jià)值

6.2月球ISRU

6.2.1簡(jiǎn)介

6.2.2上升段推進(jìn)劑

6.2.3生命保障消耗品

6.2.4從月球輸送到LEO的推進(jìn)劑

6.2.5運(yùn)送到月球軌道用于下降(和上升)的推進(jìn)劑

6.2.6用于輻射屏蔽的表層土壤

6.2.7預(yù)言性的概念

6.2.8月球資源和進(jìn)程

6.2.9月球ISRU系統(tǒng)成本分析

6.3火星ISRU

6.3.1介紹

6.3.2火星ISRU時(shí)間表

6.3.3ISRU系統(tǒng)的產(chǎn)物

6.3.4火星ISRU過(guò)程

6.3.5火星ISRU系統(tǒng)的能源需求

6.3.6在人類火星探測(cè)任務(wù)中使用

ISRU時(shí)減少IMLEO

6.4用來(lái)自外星球的資源為火星車加燃料

6.4.1月球資源

6.4.2LEO的月球水的價(jià)值

6.4.3由月球開采運(yùn)送到LEO的水百分比

6.4.4近地天體資源

6.5用于月球下降段推進(jìn)劑的月球輪渡

6.6在近地太空分級(jí)、組裝和加注燃料

6.6.1繞軌道而行的燃料倉(cāng)庫(kù)

6.6.2在軌分級(jí)

6.7運(yùn)輸氫氣到火星上

6.7.1地面和空間應(yīng)用

6.7.2在不同物理和化學(xué)狀態(tài)下的氫的存儲(chǔ)

6.7.3太空中的蒸發(fā)

6.7.4將氫運(yùn)送到火星并在火星存儲(chǔ)

6.7.5本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第7章未來(lái)數(shù)十年NASA載人火星探測(cè)任務(wù)可能失敗的原因

7.1月球�不鹦堑穆�(lián)系

7.1.1月球與火星任務(wù)的差別

7.1.2開展月球任務(wù)作為降低火星任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的手段

7.1.3ISRU是從月球到火星的跳板

7.2火星計(jì)劃的特點(diǎn)

7.3目標(biāo)驅(qū)動(dòng)和支持者驅(qū)動(dòng)計(jì)劃的比較

7.4新技術(shù)需求

7.5NASA技術(shù)路線圖

7.6空間科學(xué)事業(yè)

7.6.1空間科學(xué)事業(yè)技術(shù)范圍

7.6.2先導(dǎo)中心

7.6.3SSE技術(shù)總結(jié)

7.7人類探測(cè)技術(shù)

7.7.1NASA的人類探測(cè)技術(shù)

7.7.2近十年的巨大變化

7.8未來(lái)展望

7.8.1限制

7.8.2澄清火星任務(wù)選項(xiàng)

7.8.3基本需求

7.9NASA的HEO有足夠的信心嗎？

7.10結(jié)論

參考文獻(xiàn)

附錄A月球上的太陽(yáng)能

A.1月球定向的一級(jí)近似

A.2水平面上的太陽(yáng)輻射

A.3垂直面上的太陽(yáng)輻射

A.4赤道夾角為緯度角的傾斜面的日照

A.5始終垂直于太陽(yáng)光的面

A.6非理想月球軌道的影響

A.7月球上太陽(yáng)能電池的工作溫度

A.8赤道上的太陽(yáng)能系統(tǒng)

A.8.1短周期系統(tǒng)(小于354 h)

A.8.2長(zhǎng)期系統(tǒng)(大于354 h)

A.9月塵的影響

A.10極區(qū)的太陽(yáng)能系統(tǒng)

A.10.1極區(qū)

A.10.2GRC太陽(yáng)極區(qū)研究

參考文獻(xiàn)

附錄B火星上的太陽(yáng)能

B.1當(dāng)前火星軌道上的太陽(yáng)能強(qiáng)度

B.1.1引言

B.1.2潔凈火星大氣中的輻照度

B.1.3大氣的影響

B.2水平和傾斜平板的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度

B.2.1術(shù)語(yǔ)

B.2.2水平平面的太陽(yáng)輻照度

B.3固定傾斜表面上的太陽(yáng)光強(qiáng)度

B.3.1傾斜平面上的漫射部分

B.3.2來(lái)自傾斜收集器前方地面的反射

B.3.3傾斜平面上總的輻射量

B.3.4旋轉(zhuǎn)傾斜平面

B.4火星上太陽(yáng)能強(qiáng)度的數(shù)值估算

B.4.1水平平面上的太陽(yáng)能

B.4.2傾斜平面上太陽(yáng)輻射

B.4.3火星上過(guò)去百萬(wàn)年里的太陽(yáng)能

B.5陣列表面上灰塵的影響——簡(jiǎn)單模型

B.5.1引言

B.5.2光深

B.5.3粒度分布

B.5.4垂直大氣氣柱中灰塵粒子的數(shù)目

B.5.5塵埃顆粒下落的速度

B.5.6初始遮蔽速率

B.5.7塵埃的長(zhǎng)期積累

B.6探路者號(hào)和MER的塵埃遮擋觀測(cè)數(shù)據(jù)

B.7表面塵埃的風(fēng)成清除

B.8太陽(yáng)能電池陣列上的塵埃導(dǎo)致的遮光率

B.8.1JPL實(shí)驗(yàn)(2001年)

B.8.2關(guān)于塵埃遮擋率的概要和結(jié)論

參考文獻(xiàn)

附錄C火星上的水

C.1介紹

C.2背景信息

C.2.1火星上的溫度

C.2.2火星上的壓強(qiáng)

C.2.3火星上的水汽濃度

C.3地下冰的均衡模型

C.3.1簡(jiǎn)介

C.3.2火星地下冰的穩(wěn)定性模型——研究現(xiàn)狀

C.3.3火星上水的長(zhǎng)期演變

C.3.4過(guò)去約一百萬(wàn)年內(nèi)火星軌道變化的影響

C.3.5南極極地冰冠演變

C.4在火星軌道上觀察得到的對(duì)火星地下水的

實(shí)驗(yàn)性探測(cè)結(jié)果

C.4.1中子光譜學(xué)簡(jiǎn)介

C.4.2原始數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化——中子光譜學(xué)

C.4.3改良數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化——中子光譜學(xué)

C.4.4基于采用中子光譜學(xué)的均勻土壤模型的含水量

C.4.5基于雙地層模型下赤道和中緯地區(qū)含水量

C.4.6中子觀測(cè)的深度

C.4.7冰層暴露的當(dāng)前影響

C.4.8在高緯度環(huán)形山上的冰

C.4.9表層冰紅外線測(cè)量

C.5中子數(shù)據(jù)與火星物理特性的比較

C.5.1地表與大氣特性

C.5.2中低緯度區(qū)域水沉積與地形的關(guān)系

C.5.3赤道附近近地表水的季節(jié)性分布

C.5.4由紅外反射率光譜儀探測(cè)到的火星上的水

C.5.5化合礦物和吸附水

C.6極冠

C.7火星上的液態(tài)水

C.7.1表面溫度超過(guò)273.2 K的區(qū)域

C.7.2地表以下的液態(tài)水

C.7.3海水

C.7.4近期地表水流成像暗示

C.8來(lái)自撞擊坑的證據(jù)

C.8.1概述

C.8.2Nadioe Barlow與其同伴們的工作

C.8.3對(duì)其他撞擊坑的研究

C.8.4評(píng)論

C.9小結(jié)

參考文獻(xiàn)