深空探测技术概论

随着科学技术水平的发展，人类已经具备了通过航天活动来探索深空天体和行星际空间的能力。2020年7月“天问一号”火星探测器的成功发射，开启了中国人走向深空、探索宇宙奥秘的新时代，标志着我国已经进入具备深空探测能力的国家行列。为了进一步开展深空探测，需要对深空探测的目标天体、科学目标、关键技术进行系统的了解和分析，本书在近地卫星技术的基础上，从深空探测的特点出发，比较系统地介绍了深空探测器面临的特殊问题和解决方法。 本书适合航天类相关专业的本科生和研究生阅读，也可供深空探测领域的相关研究人员参考。

第1章 绪论
1.1 深空探测的概念
1.2 深空探测的发展概况
1.2.1 太阳探测
1.2.2 类地行星探测
1.2.3 类木行星探测
1.2.4 矮行星探测
1.2.5 小天体探测
1.3 我国月球探测和深空探测的发展概况
1.4 深空探测的发展趋势
1.5 本书的主要内容
第2章 深空探测的目标天体和科学目标
2.1 引言
2.2 深空探测的目标天体
2.2.1 太阳
2.2.2 类地行星
2.2.3 类木行星
2.2.4 矮行星
2.2.5 小天体
2.3 深空探测的科学目标
2.3.1 空间环境认知
2.3.2 物化属性与形貌测绘
2.3.3 天体构造与资源勘探
2.3.4 行星防御与地球防护
2.3.5 寻找水及生命存在的证据
2.3.6 探究宇宙深层次奥秘
2.3.7 探究起源与演化
2.4 深空探测任务科学目标举例
2.5 本章小结
第3章 深空探测轨道设计技术
3.1 深空探测轨道基础
3.1.1 深空探测轨道特点
3.1.2 宇宙速度及时间系统
3.1.3 开普勒定律及轨道根数
3.1.4 引力影响球
3.2 行星际轨道转移
3.2.1 圆锥曲线轨道
3.2.2 霍曼转移
3.2.3 圆锥曲线拼接
3.3 深空探测轨道借力飞行
3.3.1 借力飞行原理
3.3.2 气动借力飞行技术
3.3.3 借力飞行轨道设计
3.4 深空探测轨道设计案例
3.4.1 “天问一号”的轨道
3.4.2 “水手10号”的轨道
3.4.3 “卡西尼号”的轨道
3.5 本章小结
第4章 深空探测器自主导航技术
4.1 深空探测器的导航问题
4.1.1 深空探测器导航的概念
4.1.2 深空自主导航的必要性
4.1.3 深空自主导航的分类
4.1.4 深空自主导航的关键技术
4.2 深空自主导航系统模型
4.2.1 轨道动力学模型
4.2.2 导航观测模型
4.2.3 导航几何分析法
4.2.4 导航滤波方法
4.3 典型深空自主导航方法
4.3.1 自主导航过程与系统设计原则
4.3.2 基于U-D协方差分解的自主导航方法
4.3.3 利用高斯-马尔科夫过程的自主导航方法
4.4 本章小结
第5章 深空自主姿态控制技术
5.1 引言
5.2 自主姿态控制系统基础
5.2.1 探测器常用坐标系与姿态描述方式
5.2.2 姿态敏感器
5.2.3 姿态控制执行机构
5.2.4 探测器自主姿态控制系统
5.3 多约束姿态机动规划方法
5.3.1 姿态规划问题概述
5.3.2 RRT姿态规划算法
5.3.3 姿态机动路径规划与优化方法
5.4 探测器姿态控制方法
5.4.1 探测器基本运动学与动力学方程
5.4.2 探测器姿态控制器设计
5.4.3 复杂约束下的姿态自主控制综合仿真验证
5.5 本章小结
第6章 深空探测推进技术
6.1 推进技术工作原理
6.1.1 推力的产生
6.1.2 齐奥尔科夫斯基公式
6.2 化学推进技术
6.2.1 冷气推进系统
6.2.2 固体火箭发动机
6.2.3 液体火箭发动机
6.3 电推进技术
6.3.1 电推进的工作原理
6.3.2 电弧加热式推力器
6.3.3 霍尔推力器
6.3.4 离子推力器
6.3.5 脉冲等离子体推力器
6.4 激光推进技术
6.4.1 激光推进技术的研究现状
6.4.2 激光推进的工作原理
6.4.3 激光推进的关键技术
6.4.4 激光推进的特点
6.5 核推进技术
6.5.1 核推进技术的研究现状
6.5.2 核推进的工作原理
6.5.3 核推进的关键技术
6.5.4 核推进的发展趋势
6.6 太阳帆推进技术
6.6.1 太阳帆推进技术的研究现状
6.6.2 太阳帆推进的工作原理
6.6.3 太阳帆推进的关键技术
6.6.4 太阳帆推进技术的特点
6.7 本章小结
第7章 深空探测器自主管理技术
7.1 自主管理系统结构
7.1.1 星务管理系统
7.1.2 自主管理系统
7.2 自主任务规划技术
7.2.1 自主任务规划的概念和模型
7.2.2 任务规划方法
7.3 智能执行技术
7.3.1 “感知—规划修复—执行”
7.3.2 活动执行时间智能确定方法
7.3.3 鲁棒性任务执行策略
7.4 自主健康管理
7.4.1 自主健康管理的概念
7.4.2 自主健康管理系统架构
7.4.3 状态检测、健康诊断和故障处理
7.5 本章小结
第8章 深空探测中的系统工程方法
8.1 引言
8.2 系统工程方法
8.3 任务总体设计
8.3.1 任务目标选择
8.3.2 深空轨道设计
8.3.3 任务需求及约束条件
8.3.4 探测器子系统设计
8.4 深空探测工程系统选择
8.4.1 运载火箭系统
8.4.2 发射场系统
8.4.3 测控系统
8.4.4 地面应用系统
8.5 系统工程方法的创新
8.5.1 基于模型的系统工程方法
8.5.2 关键设计参数为核心的系统工程方法
8.6 本章小结
参考文献
附录 计算常数