第1章 小行星小传：我们从二十多年的太空探索中学到了什么 1
1.1 引言 1
1.2 二十多年小行星探索得到的科学成果 2
1.2.1 与小行星的第一次相会：“伽利略”号宇宙飞船探测Gaspra 2
1.2.2 小行星确实有卫星：“伽利略”号宇宙飞船探测IDA 4
1.2.3 第一个C型小行星：NEAR探测Mathilde 6
1.2.4 第一次遇到近地小行星：“深空”1号探测Braille 8
1.2.5 第一个环绕小行星公转的使命：NEAR探测Eros 8
1.2.6 取得重要科学成果的工程测试：“星尘号”宇宙飞船探测Annefrank 10
1.2.7 第一个采样并返回的任务：“隼鸟”号宇宙飞船探测Itokawa 11
1.2.8 第一个E型小行星：“罗塞塔”号宇宙飞船探测Steins 12
1.2.9 第一次访问完整的小行星：“罗塞塔”号宇宙飞船探测Lutetia 14
1.2.10 第一次造访原行星：“曙光”号宇宙飞船探测灶神星Vesta 16
1.2.11 中国的第一次空间任务：“嫦娥”2号探测Toutatis 18
1.3 小行星空间探测的未来 18
1.4 总结 18
参考文献 19
第2章 太阳系内的特洛伊小行星 30
参考文献 37
第3章 内行星小天体的轨道和动力学特性 38
3.1 引言 38
3.2 小行星轨道元素和命名 39
3.2.1 命名 39
3.2.2 轨道要素 39
3.3 轨道共振 41
3.4 热现象（Yarkovsky与YORP效应） 42
3.5 近地小行星 44
3.5.1 Aten小行星 44
3.5.2 Apollo小行星 44
3.5.3 Amor小行星 45
3.5.4 共地球轨道的小行星（ECOAs） 46
3.5.5 自然地球卫星（NESs） 48
3.6 内地天体（IEOs） 48
3.7 近地小行星的长期动力学 50
3.8 近地小行星的起源 53
3.8.1 ？6共振 55
3.8.2 3/1共振 55
3.8.3 5/2共振 55
3.8.4 2/1共振 56
3.8.5 扩散共振 56
3.8.6 来自近地小行星的小行星家族 57
3.8.7 彗星的贡献 57
3.8.8 逆行轨道的近地小行星的形成 58
3.9 跨火星轨道的小行星 58
3.9.1 匈牙利小行星 61
致谢 61
参考文献 62
第4章 勘探小行星资源 67
4.1 引言 67
4.2 勘探综述 68
4.2.1 探测范围问题 69
4.2.2 有多少含矿的近地天体 70
4.3 小行星矿藏 72
4.3.1 天文以及商业准确性 72
4.3.2 构成：资源集中度 73
4.3.3 从光谱诊断矿物 74
4.3.4 利用光谱探查水资源 75
4.3.5 太空风化 75
4.3.6 小行星和陨石的直接比较 76
4.4 近地天体（NEOs） 76
4.4.1 近地天体的类型 77
4.4.2 近地小行星数量 78
4.4.3 近地天体的辐射光线 78
4.4.4 近地天体的大小和质量 80
4.4.5 近地天体轨道 81
4.5 近地天体的发现 82
4.5.1 近地天体基于地面的光学观测 83
4.5.2 近地天体基于空间的观测 86
4.6 远程望远镜的特性描述 88
4.6.1 光度学 89
4.6.2 光学近红外光谱 91
4.6.3 基于地面的热红外光度学和光谱学 93
4.6.4 其他特性描述技术 93
4.6.5 基于空间的特性描述 95
4.7 局部特征 96
4.7.1 小行星的任务 96
4.7.2 检测 97
4.7.3 多个小任务的需求 98
4.8 实现 99
4.8.1 成本 100
4.8.2 耗时 101
4.8.3 研究 101
4.9 总结与结论 102
致谢 102
参考文献 103
第5章 用于目标选择和任务规划的小行星模型 109
5.1 引言 109
5.2 小行星建模 110
5.2.1 模型的精确参数 110
5.2.2 推论特性：组成和结构 110
5.3 建模数据源 111
5.3.1 光度测量 113
5.3.2 雷达测量 115
5.3.3 自适应光学图像和其他 116
5.3.4 干涉测量 117
5.3.5 热红外测量 119
5.3.6 恒星掩星测量 119
5.4 特殊目标和数据 120
5.4.1 双星 120
5.4.2 复杂自转 120
5.4.3 飞越 121
5.4.4 小行星断层造影 121
5.5 结论与讨论 122
致谢 123
参考文献 123
第6章 小行星资源开发的第一步：利用被地球捕获的天然卫星 126
6.1 引言 126
6.2 预测地球的暂时捕获自然卫星的星群特征 128
6.3 跟踪被地球暂时捕获的自然卫星 130
6.3.1 可检测性 130
6.3.2 未来的位置可预测性 133
6.4 针对被地球暂时捕获的自然卫星的航天任务 133
6.4.1 低推力推进转移 135
6.4.2 轨道转移模拟 135
6.4.3 其他技术难题 137
6.5 结论 138
致谢 138
参考文献 138
第7章 载人探测近地小行星任务分析 140
7.1 引言 140
7.1.1 小行星带来的威胁与机遇 141
7.1.2 探测活动时间表 142
7.2 任务定义 143
7.2.1 任务描述 144
7.2.2 任务目标 145
7.2.3 顶层需求 145
7.3 挑战与风险 146
7.3.1 深空任务操作 146
7.3.2 深空（电离）辐射 146
7.3.3 小行星环境 147
7.3.4 接近小行星与位置保持 147
7.3.5 小行星采矿 148
7.3.6 来自近地小行星的污染 148
7.4 选择小行星 149
7.4.1 合适的小行星 149
7.4.2 近地小行星目标识别 150
7.5 系统性分析 153
7.5.1 任务设定与约束 153
7.5.2 资产识别 153
7.5.3 顶层折中 154
7.5.4 识别关键技术 158
7.5.5 货运返回飞船 159
7.5.6 载人任务 161
致谢 162
参考文献 162
第8章 不受重力约束的移动机器人设计 164
8.1 引言 164
8.2 微重力下的运动 164
8.2.1 滚动和弹跳运动 165
8.2.2 爬行和攀登运动 166
8.2.3 无足爬行 166
8.2.4 可应用的黏附技术 166
8.2.5 夹持器终端操纵装置 167
8.3 常规假设 169
8.3.1 动态模型 169
8.3.2 接触面的动力学 170
8.3.3 运动控制 172
8.3.4 零力矩点和系统的动量 172
8.4 广义控制算法 173
8.5 存在的问题 174
8.6 总结 175
参考文献 176
第9章 仿生着陆方法及其在地外天体探测中的潜在应用 180
9.1 引言 180
9.2 应用于航天器着陆的仿生光学流量传感器 184
9.2.1 自主月球登陆策略 184
9.2.2 着陆器的动态建模和光流方程 186
9.2.3 基于光流的飞船着陆器 187
9.2.4 为速度方向估计与控制测量OF的ω90和ω135 190
9.3 基于VMS的OF测量获得板载ReSSAC 192
9.3.1 仿生光流处理 192
9.3.2 低速视觉运动传感器的演示 192
9.3.3 视觉动作传感器（VMS）的特征 194
9.3.4 自由飞行的结果与机载视觉运动传感器 195
9.4 结论 197
致谢 197
参考文献 197
第10章 采矿机器人能源系统选择 202
10.1 引言 202
10.2 环境因素 203
10.3 相关能源系统元素概述 205
10.3.1 太阳能利用 206
10.3.2 核电系统技术 208
10.3.3 （电）化工电力系统技术 210
10.3.4 物理动力系统技术 214
10.3.5 原始推进剂生产 214
10.4 动力系统选择 215
10.4.1 采矿机器人任务概述和运行 215
10.4.2 能源系统概括 216
10.5 结论 217
参考文献 218
第11章 从颗粒物理角度研究碎石堆近地小行星 220
11.1 引言 220
11.2 抵制施加的力：力链 221
11.3 固态—流态转化 223
11.4 颗粒态气体 224
11.5 仿真技术 225
11.6 粒子属性 226
11.7 在碎石堆类型小行星上操作 227
11.8 结论 229
参考文献 229
第12章 小行星：用于支持科学、探索、原位资源利用的锚定和样本采集方法 234
12.1 引言 234
12.1.1 近地天体的类型 235
12.1.2 从近地天体取样的原因 235
12.2 过去的任务 236
12.2.1 近地小行星会合（NEAR）“鞋匠”号探测器 238
12.2.2 “隼鸟”号 239
12.3 当前和未来的任务 240
12.3.1 罗塞塔 240
12.3.2 源光谱释义资源安全风化层辨认探测器 241
12.3.3 “隼鸟”2号 242
12.4 小行星表面环境 243
12.5 小行星锚定的概念 245
12.5.1 坚硬岩石的钻进 247
12.5.2 硬石锤钉 248
12.5.3 流体锚 249
12.5.4 自我对立系统 249
12.5.5 自我对立钻（Cadtrak工程的低重力锚固系统） 250
12.5.6 自我对抗多模式锚（蜜蜂机器人公司的支撑锚） 252
12.5.7 自我对立尖端（JPL的微型脊柱锚） 254
12.5.8 磁锚定 256
12.5.9 包络 257
12.6 小天体的取样和挖掘途径 258
12.6.1 “隼鸟” 259
12.6.2 罗塞塔 260
12.6.3 样本采集和传输机构（STAM）钻 261
12.6.4 一触就走的表面采样器 263
12.6.5 刷轮采样器 265
12.6.6 采样返回探测器 266
12.6.7 鱼叉式采样器 266
12.6.8 气动方法 267
12.6.9 可移动的原地水提取机 271
12.6.10 冲击和振动系统 273
12.6.11 表皮土高级表面系统操作机器人（RASSOR） 274
12.7 总结 275
参考文献 276
第13章 用于小行星风化层开采的闭式循环气动技术 280
13.1 引言 280
13.2 采矿对经济发展的推动 281
13.3 小行星采矿的人为方式 282
13.4 气动输送原理 283
13.5 吸取机制 284
13.6 闭环气动输送系统 286
13.7 创造地下“大气” 287
13.8 一套试验性的气动风化层采矿系统 288
13.9 振动压缩 288
13.10 气动土壤提取器的安装 290
13.11 开采喷嘴设计的性能 291
13.11.1 洞穴形成的几何尺度 292
13.11.2 产量比较 292
13.12 结论 293
致谢 294
参考文献 294
第14章 提取小行星物质构造机器人 296
14.1 引言 296
14.2 近地天体群 297
14.3 需求定义 298
14.4 系统 299
14.4.1 系统供电和输电 299
14.4.2 切割系统 299
14.4.3 等离子体切割机制 300
14.4.4 混合激波针切割系统 300
14.4.5 缩短激波针切割喷嘴 301
14.4.6 集成交会—锚定机动系统 301
14.5 辅助系统 302
14.5.1 主动横梁动力学 302
14.5.2 传感系统 302
14.5.3 推力燃料箱 302
14.5.4 机械臂运作 302
14.5.5 命令和控制 302
14.6 样品返回地球轨道 303
14.7 质量估算 303
14.8 成本估算 304
14.9 ΔV的考虑因素 305
14.10 相关飞行任务 305
14.11 结论 306
致谢 306
参考文献 306
第15章 小行星中建筑物复合材料的固化 308
15.1 小行星建筑业 308
15.2 小行星的空间环境条件 310
15.3 真空中的固化反应 314
15.4 宇宙射线和太阳风的影响 317
15.5 小行星上的建筑业 323
致谢 324
参考文献 324
第16章 小行星采矿飞行器构架 328
16.1 引言 328
16.2 小行星上操作的挑战 330
16.3 飞行器结构 331
16.4 一个可部署概念 332
16.4.1 四面体采矿器 333
16.5 总结 336
致谢 336
参考文献 336
第17章 勘探轨道偏转、采矿与居住 338
17.1 引言 338
17.2 近地小行星 339
17.2.1 背景介绍 339
17.2.2 物理性质和矿物学 339
17.2.3 小行星分类 340
17.2.4 小行星群 341
17.2.5 近地小行星群 341
17.2.6 近地小行星的可达性与可能的探测目标 343
17.3 近地小行星的机器人探测 343
17.3.1 已完成的探测任务 344
17.3.2 未来的小行星探测任务 345
17.3.3 NEA勘探与采矿的概念任务 345
17.4 轨道机动 346
17.4.1 机动类型 346
17.4.2 借力飞行 346
17.4.3 未来的推进系统 347
17.4.4 应用举例：小行星2008 EV5 347
17.5 小行星太空拖船 349
17.6 开采和加工处理 350
17.7 小行星殖民地 352
17.7.1 小行星殖民地原型：2008 EV5 352
17.8 未来展望 354
致谢 354
参考文献 354
第18章 地球附近可利用的小行星资源 357
18.1 引言 357
18.2 小行星运输的能量成本 359
18.3 可利用的资源 362
18.3.1 NEO轨道和大小分布 363
18.3.2 可获得资源的质量 364
18.4 小行星资源地图 365
18.5 讨论 367
18.5.1 可利用的资源 368
18.6 总结 371
致谢 371
参考文献 371
第19章 捕获小行星 374
19.1 引言 374
19.2 概念 374
19.3 如何推动小行星 375
19.4 机械火箭 377
19.5 捕获小行星的益处 378
19.6 结论 380
参考文献 381
第20章 改变小行星轨迹 382
20.1 引言 382
20.2 动力学影响 382
20.3 核弹对小行星偏转的影响 383
20.4 小行星运动和变轨理论 383
20.4.1 近地真空空间的轨迹计算方程 383
20.4.2 通过航天设备碰撞改变小行星的轨迹 384
20.4.3 通过位于小行星表面的常规炸药板改变轨迹 384
20.4.4 小行星表面的核站爆炸 385
20.4.5 小行星轨迹的计算 385
20.5 结论 388
参考文献 388
第21章 小行星捕获计划 389
21.1 引言 389
21.2 低能量转移方式 391
21.2.1 周期轨道和流形结构 392
21.3 小行星检索任务 395
21.3.1 到L1和L2的不变流形轨迹 396
21.3.2 修整小行星目录 399
21.3.3 捕获传输和质量估计 402
21.3.4 被选中的候选目标的概述 407
21.3.5 方法的限制因素 408
21.4 结论 408
致谢 409
参考文献 409
第22章 成型金属地球运送系统 412
22.1 引言 412
22.2 概论 415
22.2.1 小行星基本情况 415
22.2.2 小行星带 415
22.2.3 近地小行星 415
22.2.4 近地小天体（NEOs） 416
22.2.5 近地流星 416
22.3 流星社会学 417
22.4 传送方法 420
22.4.1 基于Mega-ASSET的传送方式 421
22.4.2 小行星捕捉和传送的动力学方法 426
22.5 将小行星传送到地球的经济效益 430
22.6 传送系统的原理，计算与估算 430
22.6.1 进入地球大气层的原理 431
22.6.2 AB碳纤维降落原理 432
22.7 小行星传送系统的环境影响 432
22.8 结论 433
参考文献 434
第23章 小行星上的人工重力 438
23.1 引言 438
23.2 电子重力创新的简要描述 438
23.3 静电举力理论和计算结果 440
23.3.1 电荷、电场和电晕 440
23.3.2 电晕（电离球）的尺寸和球的电场强度的安全性 442
23.3.3 对于一个圆柱形电缆或带子 443
23.3.4 用电晕放电 443
23.3.5 关于球体材料的一些数据 443
23.3.6 电荷的半衰期 444
23.3.7 绝缘体的破裂（击穿） 445
23.3.8 平网和地表间的悬浮 445
23.3.9 非接触运输中的静电悬浮 445
23.3.10 顶部管运输 446
23.3.11 桅杆上的球形主要球和液体气球 446
23.3.12 举起的小球形的球 447
23.3.13 长圆柱形的举起的带子 450
23.3.14 悬浮车的气体力学 450
23.3.15 控制和稳定性 451
23.3.16 在雷暴天气飞行 451
23.3.17 充电 451
23.3.18 安全 452
23.3.19 作为蓄能器的带电球 452
23.4 方案 452
23.4.1 悬浮运输 452
23.4.2 悬浮管运输 453
24.4.3 位于高的桅杆或塔上的带电球 453
23.4.4 在低云中悬浮 453
23.4.5 小行星上的人工重力 453
23.4.6 作为蓄能器和火箭引擎的带电球 454
23.5 讨论 454
参考文献 454
第24章 建造可居住小行星 456
24.1 引言 456
24.2 “常绿”充气穹顶 456
24.3 穹顶设计及其创新点 457
24.3.1 穹顶 457
24.3.2 人类居住地的位置、光照以及对太阳风和宇宙射线的防护 459
24.3.3 闭环水循环及其创新点 461
24.3.4 覆盖膜的简单数据 461
24.3.5 不穿航天服造访小行星 462
24.4 充气穹顶计算 463
24.4.1 无水灌溉/闭环水循环 466
24.5 宏观项目 470
24.6 讨论 470
24.7 结论 471
参考文献 471
第25章 利用小行星资源开展天基地质工程 472
25.1 引言 472
25.1.1 地质工程方法 472
25.1.2 天基地质工程 474
25.2 方案的使用 475
25.2.1 在L1点使用尘云 475
25.2.2 L1点处尘云的引力锚定 479
25.2.3 地球环 483
25.3 资源可用性 486
25.4 结论 488
参考文献 489
第26章 使用小行星进行宇宙飞船的发射/着陆，改变轨道及加速度 491
26.1 引言 491
26.2 小行星空间升降梯，任何空间升降梯的最优线缆 492
26.2.1 空间升降梯的简要描述 493
26.2.2 空间升降梯的一般原理 495
26.3 小行星利用中的绳系方法 496
26.3.1 连接方法 496
26.3.2 使用方式描述 497
26.3.3 系绳方法原理及其计算 499
26.3.4 方案 501
26.3.5 系绳方法的讨论 504
26.3.6 结论 504
26.4 空间飞行中小行星静电场的应用 504
26.4.1 介绍 505
26.4.2 小行星利用简述 505
26.4.3 静电方法的原理和计算 506
26.4.4 方案 511
26.4.5 讨论 511
参考文献 511
第27章 通过观测小行星寻找地外文明 514
27.1 引言 514
27.2 搜索方法 517
27.3 结论 522
参考文献 522
第28章 关于小行星商业利用的考虑 525
28.1 前言 525
28.2 太空资源的利用 525
28.3 小行星采矿：欲望、需求和能力 526
28.4 现实与可能 527
28.5 实际问题 528
28.6 时间和距离的问题 528
28.7 指挥控制问题 529
28.8 独立性问题 530
28.9 财产权 531
28.10 风险降低 532
28.11 商业模式 533
28.12 结论 534
参考文献 535
第29章 关于小行星开采与偏转的法律考量 536
29.1 开采：小行星的财产地位 536
29.1.1 引言 536
29.1.2 小行星是法律意义上的“天体”吗？ 537
29.1.3 共有权制度——共有的和无主的 540
29.1.4 人类共同继承财产：从共有物到共产主义 542
29.1.5 开拓最后的阵地 543
29.1.6 获得小行星所有权的方法 544
29.1.7 所获小行星资源的产权地位 546
29.2 偏转：行星防御的合法性 547
29.2.1 引言 547
29.2.2 保卫地球：是权利还是义务？ 548
29.2.3 偏转策略的合法性 549
29.2.4 偏转困境 550
29.3 代结论：矿田和雷区 551
参考文献 552
索引 555