解密好奇號：火星巡視探測器任務與設計

《解密好奇號：火星巡視探測器任務與設計》是2021年中國宇航出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：解密好奇號：火星巡視探測器任務與設計
• 作者：謝更新,張玉花
• 出版社：中國宇航出版社
• 出版時間：2021年1月1日
• 開本：16 開
• 裝幀：精裝
• ISBN：9787515917979

內容簡介

好奇號是在火星表面著陸並成功運行至今的最先進的火星探測器，它攜帶了10種有效載荷，先後發現了火星上存在水、有機物、微生物等的直接證據，初步探索了火星大氣的演化，測定了火星的輻射環境，取得了多項重大發現。對好奇號火星巡視器進行全面和系統的專業解讀，不僅可以為我國火星探測提供設計理念和技術基礎方面的借鑑，而且可以為航天工程專業的教學提供教材。

本書從美國好奇號火星車的研製歷程、主要任務、科學目標、各分系統及創新點與取得的成績等方面，系統地描述了好奇號火星車的科學目標的具體實施情況，它概括了好奇號火星車的總體技術方案；對好奇號火星車的有效載荷分系統、移動分系統、結構與機構分系統、自主導航分系統、綜合電子分系統、電源分系統、熱控分系統、測控數傳分系統等進行了重點的剖析；對好奇號火星車的著陸與地面驗證技術進行了重點的闡釋；全面總結了好奇號火星探測任務實施的經驗；分析了NASA的項目管理體制及好奇號的研製經驗，對我國航天工程具有較強的借鑑意義。

圖書目錄

第1章緒論1

1.1火星探測背景1

1.2火星環境5

1.2.1溫度環境5

1.2.2大氣環境5

1.2.3引力環境5

1.2.4地形地貌5

1.2.5輻照環境6

1.2.6塵暴環境6

1.3火星探測的科學成果6

1.4火星探測的工程成果7

1.5行星保護7

第2章火星著陸巡視探測歷程9

2.1火星探測的目的及意義9

2.2火星探測任務分析10

2.3火星探測器技術參數對比12

2.4歷次火星探測的科學目標及發現14

2.4.1海盜1號和海盜2號15

2.4.2火星探路者和索傑納號15

2.4.3勇氣號與機遇號16

2.4.4鳳凰號著陸器18

2.4.5洞察號著陸器20

2.4.6其他火星探測任務21

2.5歷次著陸點及其分布圖22

2.5.1著陸區域選擇22

2.5.2著陸區域特點24

第3章好奇號的任務與成果29

3.1好奇號任務29

3.2科學目標論述29

3.2.1美國火星探測戰略科學目標29

3.2.2好奇號的科學目標30

3.3好奇號取得的成果30

3.3.1科學成果30

3.3.2工程成果48

3.4好奇號日誌51

3.4.1古代火星具有適宜微生物生存的環境條件51

3.4.2研究古代火星宜居性以及火星環境演化51

3.4.3研究火星地質變化的歷史52

3.5好奇號預期目標對比54

第4章好奇號總體技術方案55

4.1好奇號任務過程55

4.1.1發射階段56

4.1.2星際巡航與火星接近階段57

4.1.3EDL階段58

4.1.4首次行走62

4.1.5火星表面巡視探測過程63

4.2系統組成及功能63

4.2.1總體構型與布局63

4.2.2移動分系統69

4.2.3結構與機構分系統69

4.2.4自主導航分系統70

4.2.5綜合電子分系統70

4.2.6電源分系統70

4.2.7熱控分系統70

4.2.8測控數傳分系統71

4.2.9有效載荷分系統71

4.3好奇號的行星保護71

4.4總體技術指標72

4.5工作模式75

4.5.1控制模式75

4.5.2通信模式76

第5章有效載荷分系統78

5.1有效載荷與科學目標的關係78

5.2有效載荷組成及功能78

5.3有效載荷布局80

5.4桅桿相機81

5.4.1設計目標81

5.4.2技術參數82

5.4.3設備組成及功能82

5.4.4關鍵部件解析85

5.5輻射評估探測儀85

5.5.1設計目標86

5.5.2技術參數86

5.5.3設備組成及功能86

5.5.4關鍵部件解析86

5.6化學分析相機88

5.6.1設計目標88

5.6.2技術參數89

5.6.3設備組成及功能89

5.6.4關鍵部件解析90

5.7環境監測站91

5.7.1設計目標91

5.7.2技術參數92

5.7.3設備組成92

5.7.4關鍵部件解析93

5.8中子動態反照率探測器95

5.8.1設計目標95

5.8.2技術參數95

5.8.3設備組成及功能96

5.8.4關鍵部件解析97

5.9下降成像儀99

5.9.1設計目標100

5.9.2技術參數100

5.9.3設備組成及功能100

5.9.4關鍵部件解析100

5.10樣本分析儀101

5.10.1設計目標101

5.10.2技術參數101

5.10.3設備組成及功能103

5.10.4關鍵部件解析103

5.11化學與礦物學分析儀106

5.11.1設計目標106

5.11.2技術參數106

5.11.3設備組成及功能107

5.11.4關鍵部件解析110

5.12手持透鏡成像儀113

5.12.1設計目標113

5.12.2技術參數114

5.12.3設備組成及功能114

5.12.4關鍵部件解析120

5.13α粒子X射線光譜儀122

5.13.1設計目標122

5.13.2技術參數122

5.13.3設備組成及功能123

5.13.4關鍵部件解析127

5.14再入下降著陸儀128

5.14.1設計目標128

5.14.2技術參數128

5.14.3設備組成及功能129

5.14.4關鍵部件解析129

第6章移動分系統134

6.1功能與組成134

6.1.1搖臂轉向架式懸架系統134

6.1.2連桿式差速機構136

6.1.3車輪140

6.1.4驅動機構142

6.2主要技術指標142

6.3關鍵技術解析143

6.3.1好奇號任務初期地面力學分析143

6.3.2滑動軸承研究145

第7章結構與機構分系統150

7.1功能與組成150

7.1.1結構子系統設計150

7.1.2樣本獲取、處理與傳送子系統（SA/SPAH）設計155

7.1.3機械臂子系統設計168

7.1.4鑽機子系統設計173

7.1.5火星岩石原位採樣分析儀子系統182

7.1.6除塵工具188

7.2主要技術指標196

7.3關鍵技術解析197

7.3.1MSL小質量灰塵除塵技術197

7.3.2極端環境下的機電系統設計技術202

第8章自主導航分系統206

8.1功能與組成206

8.1.1視覺導航子系統207

8.1.2組合導航子系統210

8.1.3路徑規划子系統211

8.2主要技術指標211

8.2.1導航相機211

8.2.2避障相機212

8.3關鍵技術解析213

8.3.1巡視器定位定姿技術213

8.3.2視覺測程技術215

8.3.3路徑規劃技術220

8.4未來行星車自主導航技術的發展223

8.4.1地形預測223

8.4.2航行速度223

8.4.3自主能力224

8.4.4岩心取樣224

第9章綜合電子分系統226

9.1功能與組成226

9.1.1綜合電子分系統主要功能226

9.1.2綜合電子分系統組成226

9.1.3硬體227

9.1.4軟體234

9.2主要技術指標241

9.3關鍵技術解析242

9.3.1分散式電機控制技術242

9.3.2適用於低溫環境的專用積體電路加工技術245

第10章電源分系統247

10.1功能及組成247

10.1.1功能247

10.1.2組成247

10.2主要技術指標252

10.3關鍵技術253

10.3.1高可靠多任務同位素熱電發電機總體技術253

10.3.2多任務同位素熱電溫差發電技術256

10.3.3多任務同位素熱電發電機熱防護技術258

10.3.4耐低溫鋰離子電池技術261

第11章熱控分系統264

11.1功能與組成264

11.1.1功能264

11.1.2系統組成266

11.2主要技術指標269

11.3關鍵技術解析269

11.3.1EDL階段氣動熱防護技術269

11.3.2流體迴路系統技術278

11.3.3關鍵部件熱設計概述287

11.3.4熱平衡試驗293

第12章測控數傳分系統299

12.1功能與組成299

12.1.1功能299

12.1.2系統組成299

12.2主要技術指標302

12.2.1器地X頻段指標302

12.2.2器間UHF頻段指標303

12.3關鍵設備解析304

12.3.1器地X頻段關鍵部件304

12.3.2器間UHF關鍵部件313

第13章著陸與地面驗證技術321

13.1巡視器著陸技術321

13.1.1著陸過程321

13.1.2著陸系統組成與功能分析328

13.1.3著陸技術分析及解決途徑344

13.1.4好奇號著陸技術的創新性361

13.1.5小結365

·ⅩⅦ·

13.2地面驗證技術365

13.2.1利用ADAMS仿真進行空中吊車系統論證365

13.2.2MSL熱真空安全性及有效性測試375

13.2.3MSL巡視器結構的離心試驗驗證與確認379

第14章好奇號任務的前沿性分析387

14.1首次採用空中吊車著陸緩衝技術387

14.2續航能力強勁387

14.3設計行程遠387

14.4樣本採集能力強388

14.5任務更複雜388

14.6科學儀器多樣化且能有機協作388

14.7結構特點靈活389

14.8軟體系統功能強389

14.9自主熱控系統390

第15章好奇號任務的組織管理391

15.1研製流程391

15.2參研單位及任務分工392

15.2.1政府航天部門392

15.2.2研究機構393

15.2.3參與高校393

15.2.4國際合作機構394

15.2.5參與企業394

15.2.6MSL項目辦人員名單395

15.2.7有效載荷研究人員名單395

15.3工作模式400

15.3.1MSL科學團隊成員400

15.3.2MSL科學團隊合作人員405

15.3.3增員與裁員405

15.3.4運行方針405

15.3.5活動信息406

15.3.6參與測試與訓練406

15.3.7儀器向上傳輸信息的準備工作406

15.3.8用於工程技術的儀器設備406

·ⅩⅧ·

15.4管理模式406

15.4.1NASA總部項目管理組織及其管理職能406

15.4.2全面質量管理（TQM）措施409

15.4.3經費管理411

15.4.4招標和外包程式411

15.4.5在國際航天交流中應遵循的原則412

15.5管理方法413

15.5.1利用過程的方法進行項目管理413

15.5.2利用標準化的方法進行項目管理415

15.5.3加強項目人力資本的開發與培訓415

第16章未來火星探測規劃417

16.1美國火星發展規劃417

16.1.1美國火星探測發展規劃歷程417

16.1.2美國火星發展戰略規劃418

16.1.3近期美國火星探測器420

16.2俄羅斯火星發展規劃424

16.3ESA火星發展規劃425

16.4中國火星發展規劃425

16.5其他國家火星發展規劃427

16.5.1印度427

16.5.2日本427

16.5.3阿聯427

16.5.4韓國428

16.6典型載人火星探測案例428

16.6.1ESA 的“曙光計畫”428

16.6.2NASA的DRA 5.0方案428

16.6.3SpaceX的火星移民計畫430

第17章總結與展望433

參考文獻434

作者簡介

謝更新：1971年11月，籍貫：湖南隆回，畢業於湖南大學，重慶大學大學教授博導，2005-2007在美國University of California at Berkeley做博士後研究。畢業回國後一直從事深空探測領域科學研究，承擔“四輪三軸”月球車移動分系統研究、火星原位資源利用概念研究，適應於月面環境的微型生態圈構建關鍵技術等項目20餘項，作為嫦娥四號任務生物科普試驗載荷總設計師，首次在月球表面開展生物實驗並培養出人類第一片綠葉。

張玉花：1968年10月，畢業於國防科技大學，現為中國航天科技集團有限公司第八研究院科技委常委，研究員，多年來從事載人、探月、火星探測等航天型號研製，擔任了嫦娥三號、四號副總師副總指揮。