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第1章 火星探测的现状和发展历程 1

1.1 引言 1

1.2 探测现状 2

1.2.1 背景情况——在地面上的火星观测 2

1.2.2 越飞型探测器 3

1.2.3 轨道飞行器 4

1.2.4 着陆器和火星巡视器 12

1.3 即将开展的火星探测计划 22

1.3.1 近期的情况 22

1.3.2 下一阶段（2010年～2020年） 26

1.3.3 首次载人火星探测任务所涵盖的科学研究 29

1.4 载人火星探测任务的先驱 30

1.5 结论 33

1.6 参考文献 34

附件A 火星与地球对比 50

A1 轨道 50

A2 旋转周期、外形、重力和磁场 51

A3 大气 54

A4 火星表面 57

A5 参考文献 59

第2章 载人火星探测任务历史概况——概念、计划、项目 62

2.1 载人火星探测任务的主要概念 62

2.2 俄罗斯火星计划的演变 66

2.3 结论 72

2.4 参考文献 72

第3章 星际火星任务组合体 74

3.1 火星探测的挑战 74

3.2 载人火星任务的概要方案 76

3.2.1 为星际转移飞行选择推进系统 78

3.2.2 选择任务方案 79

3.2.3 乘组人数的选择 82

3.2.4 将星际任务组合体组件运送至近地轨道的运载火箭的承载能力的选择 83

3.2.5 星际任务组合体的构型 84

3.2.6 星际任务组合体配备薄膜太阳电池阵用于驱动电火箭发动机 85

3.2.7 航天员安全保障 92

3.2.8 使用核能的电推进星际任务组合体 96

3.3 火星任务的轨道设计 98

3.3.1 轨道计算在空间项目中的地位与作用 98

3.3.2 项目轨道设计和火星任务方案分析所需的原始设计数据和条件 99

3.3.3 使用液体火箭发动机的火星任务规划 103

3.3.4 使用微推力电推进装置的载人火星任务轨道方案的设计和分析 109

3.3.5 装备了核电源推进装置的星际任务组合体方案 111

3.3.6 太阳推进装置的星际任务组合体的任务计划 117

3.4 结论 122

3.5 参考文献 123

第4章 星际轨道飞行器 124

4.1 星际轨道飞行器的总体设计要求及构成 124

4.2 设计和构型 127

4.3 星际轨道飞行器舱内系统 130

4.3.1 生命保障系统 130

4.3.2 舱外活动（EVA）设施 136

4.3.3 舱内控制系统（OCS） 136

4.3.4 舱内测量系统（OMS） 140

4.3.5 热控系统（TCS） 141

4.3.6 电源系统（PSS） 142

4.3.7 舱内无线电工程组件（OREC） 142

4.3.8 综合推进系统（IPS） 145

4.3.9 防护和预警系统（PWS） 146

4.3.10 模拟重力系统（SGS） 146

4.3.11 维护和修理设备 147

4.3.12 对接系统（DS） 148

4.4 结论 149

4.5 参考文献 149

第5章 电源和推进系统 151

5.1 背景 151

5.2 液体火箭发动机方案 159

5.3 核电源推进方案 164

5.3.1 开发基线核能空间工程技术 164

5.3.2 巡航核电源推进装置的用途和技术规格 168

5.3.3 基于核火箭发动机技术和涡轮机械能量转换技术的核电源推进装置 172

5.3.4 带有气冷反应堆和气体-涡轮转换器的巡航核电推进装置 186

5.4 基于太阳电池阵和电推进的推进系统方案 194

5.4.1 太阳电池阵的选型方案 194

5.4.2 电源和推进系统的结构配置和主要特点 203

5.4.3 电推进装置 209

5.4.4 电推进装置的工作介质 231

5.4.5 在和平号空间站上太阳电池阵运行10年的经验 233

5.5 基于太阳电池阵、电推进和液体火箭发动机的综合推进系统方案 237

5.6 结论 239

5.7 参考文献 239

第6章 火星升降飞行器 249

6.1 升降飞行器的用途与结构 249

6.2 考虑气动力、气动热和轨道的升降飞行器设计 253

6.2.1 具有不同几何形状的火星下降舱概述 253

6.2.2 降落伞式升降飞行器的气动轨道分析 257

6.2.3 喷气制动式升降飞行器的气动热及轨道分析 263

6.2.4 升降飞行器配置气动配平面的原理 266

6.2.5 与升降飞行器在反推装置点火时的亚声速要求相结合 268

6.2.6 无翼型火星升降飞行器改进型的热交换与热防护 271

6.3 下降舱 274

6.4 上升舱 275

6.5 生活舱 281

6.6 升降飞行器的主要特性 283

6.7 结论 285

6.8 参考文献 285

第7章 航天员返回飞行器 287

7.1 用途 287

7.2 基本需求与组成 289

7.3 构型与设计 292

7.4 基于联盟号飞船的航天员返回飞行器 295

7.5 结论 297

7.6 参考文献 298

第8章 地球轨道上星际任务组合体的部署——火星飞行计划 299

8.1 星际任务组合体的组装 299

8.2 星际任务组合体飞往火星及返回地球 301

8.3 结论 304

8.4 参考文献 305

第9章 火星任务设施飞行研制试验 306

9.1 俄罗斯为火星任务进行的飞行试验 306

9.2 火星任务组合体的系统、组件和舱段的飞行研制试验 310

9.3 结论 314

9.4 参考文献 315

第10章 火星基地及行星任务设施 316

10.1 用途与结构 316

10.2 生活组合体 322

10.3 能量组合体 324

10.4 运输和技术组合体 333

10.5 结论 341

10.6 参考文献 341

第11章 利用火星探测的技术手段开发月球 348

11.1 在月球上提取3He的探月设想 349

11.2 在月球上生产氧气的探月设想 355

11.3 月球基地开发的可能阶段 357

11.4 结论 362

11.5 参考文献 362

第12章 航天飞行的生物医学维护 364

12.1 载人飞行任务的因素和条件 364

12.2 火星飞行任务生物医学维护的目标和组织 367

12.3 火星飞行任务的医学维护 368

12.3.1 医学维护的目标和任务 368

12.3.2 风险因素 369

12.3.3 失重效应 370

12.3.4 飞行期间的发病率 372

12.3.5 飞行任务期间可能的机体反应 372

12.3.6 医学保障的基本原则 373

12.3.7 舱内医疗中心和提供医学保障 374

12.3.8 医疗监护 375

12.3.9 预防措施 377

12.3.10 飞行任务保障所需的遥医学设备 379

12.4 火星飞行任务的心理维护 383

12.4.1 心理保障的主要目标 383

12.4.2 心理监测和航天员精神状态控制 385

12.4.3 航天员返回地球后的社会—心理恢复 389

12.4.4 模型试验中火星探测心理学保障的性能评估 389

12.4.5 最可能出现的心理学问题的情形 390

12.5 火星飞行任务航天员的生命保障问题 394

12.5.1 生命保障系统的特性 394

12.5.2 生命保障系统研制过程中需解决的问题 396

12.6 首次载人火星飞行器的舱内温室 397

12.7 火星飞行任务的微生物安全维护 404

12.7.1 微生物风险和减少风险的方法 404

12.7.2 废物循环利用和处理问题 409

12.7.3 行星检疫要求 410

12.8 火星飞行任务的辐射安全维护 411

12.8.1 辐射环境 411

12.8.2 确保航天员辐射安全的基本原则 414

12.8.3 航天员辐射防护系统 415

12.8.4 航天员辐射防护系统功能的数学模拟 417

12.8.5 飞行检查 421

12.9 地面模拟试验 424

12.10 结论 428

12.11 参考文献 429

第13章 空间运输系统的概念 442

13.1 用途 442

13.2 基本要求 443

13.3 安加拉号一次性使用运载火箭的外形和技术规格 445

13.4 可部分重复使用的PH-35型运载火箭的外形与技术规格 447