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第1章 远程呈现1

1.1 现场描述1

1.1.1 繁忙之夜4

1.1.2 任务节点5

1.1.3 突发事件6

1.1.4 解决方案9

1.2 天地链路10

1.2.1 航天器与深空网11

1.2.2 微波11

1.2.3 天线增益14

1.2.4 链路功率14

1.2.5 所有因素15

1.2.6 信噪比SNR18

1.2.7 放大器20

1.2.8 HEMT低噪声放大器22

1.2.9 Master低噪声放大器23

1.2.10 LNA带宽24

1.2.11 微波信号传输24

1.2.12 闭环接收机25

1.2.13 开环接收机26

1.2.14 信息传输26

1.2.15 调制方式27

1.2.16 数据信号功率28

1.2.17 检错与纠错29

1.2.18 遥测锁定32

1.2.19 数据压缩33

1.2.20 香农极限34

1.2.21 数据结构34

1.2.22 工程数据和科学数据36

1.2.23 CCSDS38

1.2.24 远程控制38

1.2.25 空间信标40

1.3 不只远程呈现42

注释42

参考文献44

第2章 深空导航47

2.1 火星任务误算47

2.2 飞行路径选择49

2.3 轨道确定与制导51

2.3.1 开普勒、牛顿及其定律52

2.3.2 模型和观测53

2.3.3 光学导航55

2.3.4 自主导航55

2.4 测量56

2.4.1 坐标系统57

2.4.2 多普勒频移60

2.4.3 单程、双程、三程62

2.4.4 测距64

2.4.5 VLBI——甚长基线干涉测量技术65

2.4.6 集中处理68

2.5 轨迹修正和配平机动68

2.5.1 目标平面70

2.5.2 机动实施73

2.6 引力助推75

2.6.1 壮观之旅76

2.6.2 工作原理77

2.7 既有关系的破裂79

注释80

参考文献82

第3章 航天器姿态控制技术85

3.1 遥远的摆动85

3.2 姿态控制系统88

3.3 交叉学科91

3.4 稳定性94

3.4.1 自旋稳定94

3.4.2 三轴控制97

3.4.3 混合型98

3.5 姿态控制外设99

3.5.1 AACS输入设备99

3.5.2 AACS输出设备105

3.6 AACS科学实验113

3.7 AACS故障及保护115

注释116

参考文献117

第4章 推进系统119

4.1 发射119

4.2 牛顿第三定律121

4.2.1 反应物质——水122

4.2.2 火箭原理123

4.2.3 固体火箭范例124

4.2.4 性能比较124

4.3 行星际航行125

4.3.1 喷管126

4.4 推进系统设计127

4.4.1 固体火箭发动机128

4.4.2 单组元液体推进系统130

4.4.3 双组元液体推进系统132

4.4.4 失重储箱135

4.4.5 双模式和混合动力135

4.4.6 电推进136

4.5 基础系统138

注释139

参考文献140

第5章 其他星载子系统142

5.0.1 体系结构142

5.0.2 航天器载荷舱142

5.1 电源子系统143

5.1.1 电压与电流143

5.1.2 太阳帆板144

5.1.3 电池147

5.1.4 RTG150

5.1.5 电能调节与配给152

5.1.6 功率裕量154

5.2 结构子系统154

5.2.1 功能154

5.2.2 材料155

5.2.3 组件155

5.2.4 实例156

5.2.5 发射前结构测试157

5.3 指令和遥测子系统158

5.3.1 CTS的作用158

5.3.2 数据存储159

5.3.3 数据总线159

5.3.4 热控160

5.3.5 脉冲160

5.4 故障保护160

5.4.1 安全模式161

5.4.2 容错结构161

5.4.3 故障保护监视162

5.4.4 故障保护响应163

5.4.5 关键指令163

5.4.6 安全模式恢复164

5.5 热控子系统164

5.5.1 辐射热传导165

5.5.2 热产生167

5.5.3 传导传热167

5.5.4 组件167

5.5.5 进入大气171

5.5.6 热真空管测试173

5.6 机械子系统173

5.6.1 释放装置174

5.6.2 伸展臂175

5.7 科学仪器177

注释177

参考文献178

第6章 科学仪器与实验181

6.1 科学问题182

6.2 有效载荷183

6.3 科学仪器183

6.3.1 四种类型183

6.3.2 科学问题和仪器185

6.3.3 成像科学仪器186

6.3.4 高度计200

6.3.5 微波辐射计和散射计201

6.3.6 光学光谱仪器201

6.3.7 质谱仪211

6.3.8 大气分析仪器212

6.3.9 有源光谱仪214

6.3.10 磁强计215

6.3.11 无线电和等离子波探测器215

6.3.12 撞击和尘埃检测器216

6.3.13 带电粒子探测器217

6.3.14 小结218

6.4 在轨科学实验218

6.4.1 掩日和掩星218

6.4.2 无线电掩星实验219

6.4.3 无线电天体力学实验220

6.4.4 上合实验222

6.4.5 无线电引力辐射搜索223

6.4.6 双基地无线电观测224

6.4.7 重力场测量224

6.4.8 校准和地面应用225

6.5 科学数据管道226

6.5.1 电视、广播和报纸227

6.5.2 网络媒体227

6.5.3 同行评审期刊228

6.5.4 科学机构会议229

6.5.5 数据传递230

6.5.6 发展前景231

注释231

参考文献234

第7章 任务制定与实现243

7.1 项目指南243

7.1.1 财务方面244

7.1.2 关于火星侦察兵计划244

7.1.3 AO响应244

7.2 航天器类别245

7.2.1 工程验证航天器245

7.2.2 天文观测航天器246

7.2.3 飞越航天器247

7.2.4 轨道航天器247

7.2.5 大气探测航天器247

7.2.6 着陆和穿透航天器248

7.2.7 巡视航天器248

7.2.8 通信和导航航天器248

7.2.9 尺寸及复杂性249

7.3 任务制定249

7.3.1 十年调查250

7.3.2 竞争型任务250

7.3.3 分配型任务250

7.3.4 任务管理251

7.3.5 任务阶段254

7.3.6 评审255

7.3.7 准备阶段A：概念探索256

7.3.8 阶段A：概念和技术开发262

7.3.9 阶段B：初步设计和技术实现262

7.3.10 阶段C：最终设计与工程研制265

7.3.11 阶段D：装配、集成、测试和发射265

7.4 任务实施269

7.4.1 阶段E：飞行操作和数据分析269

7.4.2 阶段F：项目结束279

注释281

参考文献282

第8章 展望284

8.1 航天器总线技术285

8.2 科学288

8.2.1 引力波天文学288

8.2.2 系外行星探索289

8.2.3 外星生命搜索289

8.2.4 宜居地确认290

8.2.5 传感器性能改进290

8.3 出版和电子媒介291

8.4 人类太空旅行291

8.5 保护地球292

8.6 现实意义293

注释294

参考文献294

附录A 典型航天器296

A.1 旅行者号航天器297

A.2 新地平线号探测器298

A.3 斯皮策太空望远镜300

A.4 钱德拉太空望远镜302

A.5 伽利略号航天器303

A.6 卡西尼号航天器305

A.7 信使号航天器307

A.8 惠更斯航天器308

A.9 凤凰号航天器310

A.10 火星科学实验室航天器312

A.11 深度撞击号航天器314

A.12 深空1号航天器315

附录B 典型仪器318

B.1 固态成像器319

B.2 高分辨率成像科学仪器320

B.3 无线电探测和测距仪321

B.4 火星轨道器激光高度计322

B.5 红外线摄谱仪323

B.6 激光感应遥感化学微成像仪324

B.7 磁强计325

B.8 大气结构探测仪326

B.9 阿尔法粒子X射线光谱仪327

B.10 微型莫斯鲍尔光谱仪329

B.11 恒星参考单元330

B.12 深空站55331

附录C 宇宙空间333

参考文献339

附录D 电磁波谱340

附录E 大事记345

附录F 量纲，缩略语，希腊字母366

缩略语369

名词术语381