内容简介

好奇号是在火星表面着陆并成功运行至今的最先进的火星探测器，它携带了10种有效载荷，先后发现了火星上存在水、有机物、微生物等的直接证据，初步探索了火星大气的演化，测定了火星的辐射环境，取得了多项重大发现。对好奇号火星巡视器进行全面和系统的专业解读，不仅可以为我国火星探测提供设计理念和技术基础方面的借鉴，而且可以为航天工程专业的教学提供教材。本书从美国好奇号火星车的研制历程、主要任务、科学目标、各分系统及创新点与取得的成绩等方面，系统地描述了好奇号火星车的科学目标的具体实施情况，它概括了好奇号火星车的总体技术方案；对好奇号火星车的有效载荷分系统、移动分系统、结构与机构分系统、自主导航分系统、综合电子分系统、电源分系统、热控分系统、测控数传分系统等进行了重点的剖析；对好奇号火星车的着陆与地面验证技术进行了重点的阐释；全面总结了好奇号火星探测任务实施的经验；分析了NASA的项目管理及好奇号的研制经验，对我国航天工程具有较强的借鉴意义。

作者简介

谢更新：1971年11月，籍贯：湖南隆回，毕业于湖南大学，重庆大学大学教授博导，2005-2007在美国University of California at Berkeley做博士后研究。毕业回国后一直从事深空探测领域科学研究，承担“四轮三轴”月球车移动分系统研究、火星原位资源利用概念研究，适应于月面环境的微型生态圈构建关键技术等项目20余项，作为嫦娥四号任务生物科普试验载荷总设计师，首次在月球表面开展生物实验并培养出人类片绿叶。张玉花：1968年10月，毕业于国防科技大学，现为中国航天科技集团有限公司第八研究院科技委常委，研究员，多年来从事载人、探月、火星探测等航天型号研制，担任了嫦娥三号、四号副总师副总指挥。

前言

习近平主席提出，探索浩瀚的宇宙是全人类的共同梦想。探索的道路是充满创新与荆棘的路径，但人类仍勇往直前。1957年10月4日，世界上颗人造地球卫星斯普特尼克1号发射成功，开启了人类的航天时代；1961年尤里·加加林成为位进入太空的地球人，实现了人类进入太空的愿望；1969年阿姆斯特朗成功登上月球，以他个人的“一小步”，带动了人类航天技术发展的“一大步”；1970年4月24日，我国颗人造卫星东方红一号发射成功，开启了中国航天史的新纪元；2013年，嫦娥3号月球探测器成功发射，标志着我国成为世界上第三个具有月球软着陆能力的国家。人类对宇宙的探索越来越远，深空特别是火星更是成为各国争相探索的热点，美国、俄罗斯、欧盟等国家和地区均已积极开展了相关的火星探测活动，并取得了丰富的成果。我国也于2020年7月发射了“天问一号”探测器，开启了火星探索之旅。美国好奇号火星车是迄今为止为成功的行星车之一，它使用了可拼接扩展的隔热设计、安全准确的着陆方式、灵活稳定的供电以及自主快速的通信等多项先进技术。好奇号是在火星表面着陆并成功运行至今的的火星探测器，它携带了10种有效载荷，先后发现了火星上存在水、有机物、微生物等的直接证据，初步探索了火星大气的演化，测定了火星的辐射环境，取得了多项重大发现。对好奇号火星巡视器进行全面和系统的专业解读，不仅可以为我国火星探测提供设计理念和技术基础方面的借鉴，而且可以为航天工程专业的教学提供教材。本书从美国好奇号火星车的研制历程、主要任务、科学目标、各分系统及创新点与取得的成绩等方面，系统地描述了好奇号火星车的科学目标的具体实施情况，它概括了好奇号火星车的总体技术方案；对好奇号火星车的有效载荷分系统、移动分系统、结构与机构分系统、自主导航分系统、综合电子分系统、电源分系统、热控分系统、测控数传分系统等进行了重点的剖析；对好奇号火星车的着陆与地面验证技术进行了重点的阐释；全面总结了好奇号火星探测任务实施的经验；分析了NASA的项目管理体制及好奇号的研制经验，对我国航天工程具有较强的借鉴意义。本书在全面解析好奇号火星车的同时，也系统地梳理了火星车研制的关键技术，展望了火星探测的发展前景、路径及技术需求，填补了我国在火星探测领域专业著作的空白，对我国未来的火星探测具有十分重要的引领和推动作用。

目录

第1章绪论11.1火星探测背景11.2火星环境51.2.1温度环境51.2.2大气环境51.2.3引力环境51.2.4地形地貌51.2.5辐照环境61.2.6尘暴环境61.3火星探测的科学成果61.4火星探测的工程成果71.5行星保护7第2章火星着陆巡视探测历程92.1火星探测的目的及意义92.2火星探测任务分析102.3火星探测器技术参数对比122.4历次火星探测的科学目标及发现142.4.1海盗1号和海盗2号152.4.2火星探路者和索杰纳号152.4.3勇气号与机遇号162.4.4凤凰号着陆器182.4.5洞察号着陆器202.4.6其他火星探测任务212.5历次着陆点及其分布图222.5.1着陆区域选择222.5.2着陆区域特点24第3章好奇号的任务与成果293.1好奇号任务293.2科学目标论述293.2.1美国火星探测战略科学目标293.2.2好奇号的科学目标303.3好奇号取得的成果303.3.1科学成果303.3.2工程成果483.4好奇号日志513.4.1古代火星具有适宜微生物生存的环境条件513.4.2研究古代火星宜居性以及火星环境演化513.4.3研究火星地质变化的历史523.5好奇号预期目标对比54第4章好奇号总体技术方案554.1好奇号任务过程554.1.1发射阶段564.1.2星际巡航与火星接近阶段574.1.3EDL阶段584.1.4首次行走624.1.5火星表面巡视探测过程634.2系统组成及功能634.2.1总体构型与布局634.2.2移动分系统694.2.3结构与机构分系统694.2.4自主导航分系统704.2.5综合电子分系统704.2.6电源分系统704.2.7热控分系统704.2.8测控数传分系统714.2.9有效载荷分系统714.3好奇号的行星保护714.4总体技术指标724.5工作模式754.5.1控制模式754.5.2通信模式76第5章有效载荷分系统785.1有效载荷与科学目标的关系785.2有效载荷组成及功能785.3有效载荷布局805.4桅杆相机815.4.1设计目标815.4.2技术参数825.4.3设备组成及功能825.4.4关键部件解析855.5辐射评估探测仪855.5.1设计目标865.5.2技术参数865.5.3设备组成及功能865.5.4关键部件解析865.6化学分析相机885.6.1设计目标885.6.2技术参数895.6.3设备组成及功能895.6.4关键部件解析905.7环境监测站915.7.1设计目标915.7.2技术参数925.7.3设备组成925.7.4关键部件解析935.8中子动态反照率探测器955.8.1设计目标955.8.2技术参数955.8.3设备组成及功能965.8.4关键部件解析975.9下降成像仪995.9.1设计目标1005.9.2技术参数1005.9.3设备组成及功能1005.9.4关键部件解析1005.10样本分析仪1015.10.1设计目标1015.10.2技术参数1015.10.3设备组成及功能1035.10.4关键部件解析1035.11化学与矿物学分析仪1065.11.1设计目标1065.11.2技术参数1065.11.3设备组成及功能1075.11.4关键部件解析1105.12手持透镜成像仪1135.12.1设计目标1135.12.2技术参数1145.12.3设备组成及功能1145.12.4关键部件解析1205.13α粒子X射线光谱仪1225.13.1设计目标1225.13.2技术参数1225.13.3设备组成及功能1235.13.4关键部件解析1275.14再入下降着陆仪1285.14.1设计目标1285.14.2技术参数1285.14.3设备组成及功能1295.14.4关键部件解析129第6章移动分系统1346.1功能与组成1346.1.1摇臂转向架式悬架系统1346.1.2连杆式差速机构1366.1.3车轮1406.1.4驱动机构1426.2主要技术指标1426.3关键技术解析1436.3.1好奇号任务初期地面力学分析1436.3.2滑动轴承研究145第7章结构与机构分系统1507.1功能与组成1507.1.1结构子系统设计1507.1.2样本获取、处理与传送子系统（SA/SPAH）设计1557.1.3机械臂子系统设计1687.1.4钻机子系统设计1737.1.5火星岩石原位采样分析仪子系统1827.1.6除尘工具1887.2主要技术指标1967.3关键技术解析1977.3.1MSL小质量灰尘除尘技术1977.3.2环境下的机电系统设计技术202第8章自主导航分系统2068.1功能与组成2068.1.1视觉导航子系统2078.1.2组合导航子系统2108.1.3路径规划子系统2118.2主要技术指标2118.2.1导航相机2118.2.2避障相机2128.3关键技术解析2138.3.1巡视器定位定姿技术2138.3.2视觉测程技术2158.3.3路径规划技术2208.4未来行星车自主导航技术的发展2238.4.1地形预测2238.4.2航行速度2238.4.3自主能力2248.4.4岩心取样224第9章综合电子分系统2269.1功能与组成2269.1.1综合电子分系统主要功能2269.1.2综合电子分系统组成2269.1.3硬件2279.1.4软件2349.2主要技术指标2419.3关键技术解析2429.3.1分布式电机控制技术2429.3.2适用于低温环境的专用集成电路加工技术245第10章电源分系统24710.1功能及组成24710.1.1功能24710.1.2组成24710.2主要技术指标25210.3关键技术25310.3.1高可靠多任务同位素热电发电机总体技术25310.3.2多任务同位素热电温差发电技术25610.3.3多任务同位素热电发电机热防护技术25810.3.4耐低温锂离子电池技术261第11章热控分系统26411.1功能与组成26411.1.1功能26411.1.2系统组成26611.2主要技术指标26911.3关键技术解析26911.3.1EDL阶段气动热防护技术26911.3.2流体回路系统技术27811.3.3关键部件热设计概述28711.3.4热平衡试验293第12章测控数传分系统29912.1功能与组成29912.1.1功能29912.1.2系统组成29912.2主要技术指标30212.2.1器地X频段指标30212.2.2器间UHF频段指标30312.3关键设备解析30412.3.1器地X频段关键部件30412.3.2器间UHF关键部件313第13章着陆与地面验证技术32113.1巡视器着陆技术32113.1.1着陆过程32113.1.2着陆系统组成与功能分析32813.1.3着陆技术分析及解决途径34413.1.4好奇号着陆技术的创新性36113.1.5小结36513.2地面验证技术36513.2.1利用ADAMS仿真进行空中吊车系统论证36513.2.2MSL热真空安全性及有效性测试37513.2.3MSL巡视器结构的离心试验验证与确认379第14章好奇号任务的前沿性分析38714.1首次采用空中吊车着陆缓冲技术38714.2续航能力强劲38714.3设计行程远38714.4样本采集能力强38814.5任务更复杂38814.6科学仪器多样化且能有机协作38814.7结构特点灵活38914.8软件系统功能强38914.9自主热控系统390第15章好奇号任务的组织管理39115.1研制流程39115.2参研单位及任务分工39215.2.1政府航天部门39215.2.2研究机构39315.2.3参与高校39315.2.4国际合作机构39415.2.5参与企业39415.2.6MSL项目办人员名单39515.2.7有效载荷研究人员名单39515.3工作模式40015.3.1MSL科学团队成员40015.3.2MSL科学团队合作人员40515.3.3增员与裁员40515.3.4运行方针40515.3.5活动信息40615.3.6参与测试与训练40615.3.7仪器向上传输信息的准备工作40615.3.8用于工程技术的仪器设备40615.4管理模式40615.4.1NASA总部项目管理组织及其管理职能40615.4.2全面质量管理（TQM）措施40915.4.3经费管理41115.4.4招标和外包程序41115.4.5在国际航天交流中应遵循的原则41215.5管理方法41315.5.1利用过程的方法进行项目管理41315.5.2利用标准化的方法进行项目管理41515.5.3加强项目人力资本的开发与培训415第16章未来火星探测规划41716.1美国火星发展规划41716.1.1美国火星探测发展规划历程41716.1.2美国火星发展战略规划41816.1.3近期美国火星探测器42016.2俄罗斯火星发展规划42416.3ESA火星发展规划42516.4中国火星发展规划42516.5其他国家火星发展规划42716.5.1印度42716.5.2日本42716.5.3阿联酋42716.5.4韩国42816.6典型载人火星探测案例42816.6.1ESA的“曙光计划”42816.6.2NASA的DRA5.0方案42816.6.3SpaceX的火星计划430第17章总结与展望433参考文献434