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第1章 月球基地的概念 1

1.1月球基地的任务和类型 1

1.1.1月球基地的任务 2

1.1.2月球基地的类型 3

1.1.3月球基地的发展阶段 4

1.2月球基地工程的概念 6

1.2.1月球基础设施 7

1.2.2地面基础设施 10

1.2.3地月空间运输系统 12

1.3月球基地工程重点关注问题 12

1.3.1空气和水的问题 13

1.3.2食物和废物处理问题 14

1.3.3低重力问题 14

1.3.4月尘问题 15

1.3.5热控问题 16

1.3.6能源问题 16

1.3.7辐射问题 17

1.3.8法律问题 18

1.4小结 18

参考文献 19

第2章 国外月球基地发展概况 20

2.1月球探测活动的发展历程 20

2.2国外月球探测活动的最新进展 23

2.2.1美国 23

2.2.2俄罗斯 28

2.2.3日本 30

2.2.4欧洲空间局 33

2.2.5印度 35

2.3国外月球基地典型方案 36

2.3.1美国 36

2.3.2俄罗斯 48

2.3.3欧洲空间局 49

2.4月球基地发展趋势 50

参考文献 53

第3章 月球基地选址 56

3.1阿波罗登月工程选址方法 56

3.1.1阿波罗登月工程选址流程 56

3.1.2阿波罗登月工程选址结果 58

3.2月球基地选址原则和方法 60

3.2.1月球基地选址原则 60

3.2.2月球基地选址方法研究 61

3.3月球基地选址约束 65

3.3.1月球地形地貌约束分析 66

3.3.2月面可达性约束分析 69

3.3.3月面热环境约束分析 72

3.3.4月面辐射环境约束分析 74

3.3.5月面光照条件约束分析 74

3.3.6微流星体防护约束分析 75

3.3.7通信条件约束分析 76

3.3.8资源利用约束分析 77

3.4月球基地候选地址 78

3.4.1月球典型区域特性分析 78

3.4.2月球基地候选区选择 80

3.5小结 92

参考文献 95

第4章 月球基地科学研究与资源利用 97

4.1阿波罗登月工程的科学成果 97

4.1.1月球自身科学 98

4.1.2月基观测实验 106

4.1.3航天员医学研究 107

4.1.4月球物质对生物特性影响研究 109

4.2月球基地科学研究 110

4.2.1月球自身科学研究 111

4.2.2月基观测平台研究 118

4.2.3月基科学平台研究 124

4.2.4月球基地科学实验项目及设备质量规模 127

4.3月球资源开发利用 128

4.3.1月球资源利用评估 128

4.3.2月球资源开采 133

4.3.3月球资源提取 139

4.3.4月球基地建筑材料——月球混凝土 149

4.4小结 150

参考文献 153

第5章 月球基地结构与构建 156

5.1月球基地构型设计 156

5.1.1构型分类 156

5.1.2主要考虑因素 162

5.1.3构型评估标准与方法 165

5.2月球基地结构 167

5.2.1刚性舱结构 168

5.2.2可展开式结构 170

5.2.3建造式结构 172

5.2.4结构类型选择分析 175

5.3月球基地构建 176

5.3.1基地构建主要工程机械 176

5.3.2基地构建的主要作业 180

5.4小结 198

参考文献 199

第6章 月球基地能源系统 203

6.1概述 203

6.2能源供应系统 206

6.2.1太阳能供应系统 206

6.2.2核能供应系统 213

6.2.3其他能源供应方案 217

6.3能源储存系统 219

6.3.1传统蓄电池组储存系统 219

6.3.2燃料电池 223

6.3.3其他能源储存方案 232

6.4能源管理与分配 233

6.5月球基地能源组合方案 235

6.5.1小型基地能源方案 236

6.5.2中型基地能源方案 237

6.5.3大型基地能源方案 237

6.5.4小结 240

参考文献 243

第7章 月球基地热控系统 245

7.1概述 245

7.1.1设计原则 245

7.1.2月球基地内部热控 246

7.1.3月球基地外部热控 247

7.2月球基地热控系统设计影响因素 247

7.2.1月球热环境的影响 247

7.2.2月球基地选址及构建方案的影响 249

7.2.3其他因素的影响 250

7.3月球基地热控系统方案的特点 250

7.4月球基地热控技术途径选择 251

7.4.1常规热控材料和装置 251

7.4.2月球基地热控关键技术 262

7.5典型月球基地热控方案设想 275

参考文献 278

第8章 月球基地生命保障系统 279

8.1概述 279

8.1.1系统需求与约束 279

8.1.2系统组成与功能 286

8.1.3系统设计与建造规划 286

8.2环境控制 289

8.2.1物化再生 291

8.2.2生物式再生 294

8.2.3废物处理 308

8.3居住保障 311

8.3.1家居生活 311

8.3.2食物供应 312

8.3.3环境条件 313

8.3.4健康与安全 320

8.4舱外活动保障 325

8.4.1舱内航天服 325

8.4.2舱外航天服 325

8.4.3舱外活动辅助设施 327

8.5生命保障系统实验研究 330

8.5.1生物式再生生保系统实验研究 330

8.5.2地面医学实验 337

参考文献 338

第9章 月球基地通信与导航系统 339

9.1任务分析 339

9.2系统体系结构 340

9.2.1通信对象分析 340

9.2.2通信与导航系统架构的组成 341

9.2.3通信与导航系统架构的建造及运营 347

9.3射频通信系统方案 350

9.3.1无线射频链路规划 350

9.3.2地—月间射频通信方案 356

9.3.3月面无线通信方案 358

9.4月面导航系统方案 366

9.4.1月球基地相对导航方案 366

9.4.2月面终端导航方案 368

9.4.3月球中继卫星导航方案 373

9.4.4其他方案 379

9.5月球基地通信技术发展展望 380

9.5.1激光通信系统 381

9.5.2星际网络及DTN协议 384

9.5.3基于无线通信的密集传感网络 389

参考文献 394

第10章 月球基地防护系统 396

10.1月球基地主要威胁 396

10.1.1空间辐射 397

10.1.2月尘 404

10.1.3流星体 412

10.1.4其他威胁 413

10.2辐射防护 414

10.2.1概述 414

10.2.2辐射防护的手段 414

10.2.3月球基地的辐射防护 418

10.3月尘防护与清除 419

10.3.1月尘的监测 419

10.3.2月尘的防护 420

10.3.3月尘的清除 422

10.4微流星与小天体防护 424

10.5月壤防护设计 424

10.5.1月壤防护概念设计 424

10.5.2月壤防护辐射剂量 426

10.6主动防护 429

参考文献 431

第11章 月面作业系统 432

11.1人机联合月面作业 433

11.1.1人机联合月面作业的概念 433

11.1.2人机联合作业实例 434

11.2月球车 437

11.2.1月球车的任务分析 437

11.2.2月球车系统组成 439

11.2.3月球车的设计 447

11.2.4典型月球车方案 454

11.3月球机器人 462

11.3.1月面机器人的任务分析 462

11.3.2月面机器人的系统组成 465

11.3.3典型月面机器人方案及应用 474

参考文献 487

第12章 月面着陆与起飞系统 489

12.1月面着陆与起飞系统的任务特点 489

12.1.1着陆区特征的影响 489

12.1.2登月飞行器与着陆场之间的相互作用 491

12.1.3月面着陆起飞作业 492

12.2月面着陆与起飞系统组成 497

12.2.1着陆场设施 498

12.2.2航天员设施 503

12.2.3货运作业设施 505

12.2.4登月飞行器作业设施 506

12.3月面着陆与起飞系统的发展 511

12.3.1基地建设目标的影响 511

12.3.2基地发展阶段的影响 512

12.3.3月面着陆器的影响 513

12.4小结 513

参考文献 515

第13章 地月空间运输系统 516

13.1任务与功能 517

13.2典型地月空间运输飞行模式 518

13.2.1直接往返飞行模式 518

13.2.2基于交会对接的飞行模式 521

13.2.3基于空间站的飞行模式 536

13.3多种飞行模式的评价 543

13.3.1阿波罗工程飞行模式比较 543

13.3.2星座计划飞行模式比较 545

13.3.3飞行模式比较与选择分析 550

13.4月球基地任务地月空间运输模式的选择 551

参考文献 555

第14章 月球基地运营与后勤技术 556

14.1空间站运营管理技术 556

14.1.1概述 556

14.1.2空间站工作模式 558

14.1.3空间站任务规划 560

14.2月球基地运营管理技术 563

14.2.1概述 563

14.2.2月球基地工作模式 564

14.2.3月球基地任务规划 566

14.3月球基地后勤技术 573

14.3.1任务及功能 574

14.3.2后勤需求 575

14.3.3后勤模式 577

14.3.4后勤系统组成 578

14.3.5后勤系统规划 583

参考文献 591

第15章 以月球基地为中转的载人深空探测任务设想 594

15.1作为载人火星探测的中转站 594

15.1.1载人火星探测任务发射基地 594

15.1.2从地月系到火星的资源补给站 597

15.2作为小行星采矿任务的试验基地 599

15.3进行星际移民演练 600

参考文献 603

第16章 月球基地法律问题 604

16.1外层空间法律体系 604

16.2现行法律条约 606

16.2.1月球资源的开发与利用制度 606

16.2.2发射活动的法律规范 606

16.2.3空间物体的管理 607

16.2.4月球环境保护 608

16.2.5非军事化原则 609

16.2.6国际合作问题 610

16.3现行法律面临的挑战 611

16.4小结 612

参考文献 613

附录A阿波罗工程飞行方案 614

附录B星座计划飞行方案 640

附录C地月空间运输飞行器参数简表 659