第1章 概述 1
1.1 月球探测的入门 1
1.1.1 月球概况 2
1.1.2 月球的地形 3
1.1.3 月球成分及资源 8
1.1.4 月球运动 9
1.1.5 月球的起源 12
1.1.6 月食 15
1.1.7 月球磁场 17
1.1.8 月球的神话传说 18
1.2 月球探测的科学目标 22
1.3 月球探测的工程目标 23
1.4 月球探测的过去概述 25
1.4.1 第一轮探月热潮 25
1.4.2 第二轮探月热潮 26
1.4.3 苏联探月历史及重大成就 27
1.4.4 美国探月历史及重大成就 27
1.5 月球探测的未来构想 28
1.5.1 月球探测工程概念 28
1.5.2 实施月球探测工程初期的基础任务构想 28
1.5.3 实施月球探测工程的第一阶段任务构想 30
1.5.4 实施月球探测工程的第二阶段任务构想 32
1.5.5 实施月球探测工程的第三阶段任务构想 38
1.5.6 月球大开发阶段构想 39
第2章 美国的月球探测器 40
2.1 “先驱者”系列 40
2.2 “徘徊者”系列 41
2.3 “月球轨道器”系列 46
2.4 “探索者”系列 48
2.5 美国“阿波罗”计划 59
2.5.1 概述 64
2.5.2 辅助计划 65
2.5.3 “阿波罗”计划飞行流程 65
2.5.4 月球轨道飞行方案 68
2.5.5 “阿波罗”登月飞行器系统组成 70
2.5.6 GNC系统 74
2.5.7 “阿波罗”自主导航方法 79
2.5.8 “阿波罗”交会对接 85
2.5.9 着陆选址与避障控制技术 86
2.5.10 稳定着陆控制技术 89
2.5.11 月球表面起飞定位与对准技术 90
2.5.12 羽流导流与防护技术 93
2.5.13 仿真实验系统 94
2.6 克莱门汀 95
2.6.1 概述 95
2.6.2 任务需求 95
2.6.3 飞行器设计 96
2.6.4 任务设计 97
2.7 月球勘探者 101
2.7.1 概述 101
2.7.2 任务需求 102
2.7.3 飞行器设计 102
2.7.4 任务设计 102
2.8 星座计划 110
2.8.1 概述 110
2.8.2 任务设计 111
2.8.3 “猎户座”（Orion）飞船 124
2.8.4 “牵牛星”（Altair）登月飞行器 128
2.9 月球坑观测和遥感卫星 132
2.9.1 概述 132
2.9.2 任务需求 132
2.9.3 飞行器设计 132
2.9.4 任务设计 134
2.10 月球勘探轨道飞行器 137
2.10.1 概述 137
2.10.2 任务需求 137
2.10.3 飞行器设计 138
2.10.4 任务设计 141
2.11 重力回溯和内部构造实验室 147
2.11.1 概述 147
2.11.2 任务需求 148
2.11.3 飞行器设计 151
2.11.4 任务设计 152
2.12 月球大气和粉尘环境探测任务（LADEE，2013） 159
2.12.1 概述 159
2.12.2 任务需求 160
2.12.3 任务设计 160
2.12.4 飞行器设计 165
2.12.5 任务系统结构 167
2.12.6 运载火箭 168
第3章 苏联的月球探测器 170
3.1 Luna系列 170
3.1.1 成员概述 170
3.1.2 着陆器（Luna 9、Luna 13） 176
3.1.3 软着陆平台（Luna 16、Luna 17、Luna 20、Luna 21、Luna 24） 177
3.2 Zond系列 179
3.2.1 成员概述 179
3.3 苏联N1-L3计划（1964—1972） 181
3.3.1 概述 181
3.3.2 飞行器设计 181
3.3.3 任务设计 182
3.3.4 LK和LOK 184
第4章 欧洲的月球探测器 189
4.1 曙光女神计划（Aurora Programme） 190
4.2 智能1号（SMART-1,2003） 191
4.2.1 概述 191
4.2.2 任务需求 192
4.2.3 飞行器设计 193
4.2.4 任务设计 194
第5章 日本的月球探测器 197
5.1 飞天 197
5.1.1 概述 197
5.1.2 任务需求 198
5.1.3 任务设计 198
5.2 “月球”-A 198
5.3 月女神 199
5.3.1 概述 199
5.3.2 飞行器设计 199
5.3.3 任务设计 201
第6章 印度的月球探测器 221
6.1 “月船”1号（Chandrayaan-1,2008） 221
6.1.1 概述 221
6.1.2 任务需求 221
6.1.3 飞行器设计 222
6.1.4 任务设计 223
第7章 中国的月球探测器 225
7.1 “嫦娥”一号卫星（Change,2007） 225
7.1.1 概述 225
7.1.2 飞行器设计 226
7.1.3 任务设计 229
7.2 “嫦娥”二号卫星 238
7.2.1 概述 238
7.2.2 任务需求 239
7.2.3 飞行器设计 239
7.2.4 任务设计 241
7.3 “嫦娥”三号卫星（Change-3,2014） 243
7.3.1 概述 243
7.3.2 任务需求 243
7.3.3 飞行器设计 244
7.3.4 任务设计 245
第8章 月球探测未来的路线图 249
8.1 月球探测的发展趋势 250
8.1.1 月球探测方式演变 250
8.1.2 各国载人登月态势 252
8.1.3 载人登月是下一阶段月球探测必然趋势 252
8.1.4 月球基地是未来月球探测的终极目的 253
8.1.5 月球探测需强调国际合作 254
8.2 美国 255
8.2.1 月球通信卫星方案 255
8.3 欧洲 258
8.3.1 德国月球轨道探测器 259
8.3.2 Moon LITE 259
8.4 日本 263
8.4.1 月女神-2 263
8.5 俄罗斯 267
8.6 印度 268
8.7 中国 270
第9章 月球前哨站 272
9.1 月球探测前哨站概述 272
9.1.1 建设必要性 272
9.1.2 建设目标 274
9.2 月球探测前哨站关键技术 276
9.2.1 月球探测前哨站工程总体设计技术 277
9.2.2 月球表面能源技术 278
9.2.3 推进技术的发展及其在月球探测的应用 314
9.2.4 通信技术 331
9.2.5 远程月球表面工作机器人技术 332
9.2.6 月球表面工作设备维护技术 333
9.2.7 硬着陆技术 334
第10章 机器人探月 335
10.1 概述 335
10.1.1 科学目标需求 335
10.1.2 工程目标需求 335
10.2 各国登月机器人 337
10.2.1 卡耐基-梅隆大学全天候月球表面机器人 338
10.2.2 NASA的Robonaut机器人 338
10.2.3 卡耐基-梅隆大学可重构行星探测机器人 340
10.2.4 卡耐基-梅隆大学模块化腿式移动机器人 342
10.2.5 加拿大CSA的Artemis Junior机器人 342
10.2.6 德国探月机器人 343
10.2.7 美国变形-滚动探测机器人 343
10.2.8 日本蠕动爬行机器人 346
10.2.9 日本月球机器人基地概念 347
10.3 月球表面机器人关键技术 348
10.3.1 机器人探测总体方案设计 348
10.3.2 人机交互技术 349
10.3.3 月球表面多终端协同控制技术 350
10.3.4 月球表面视觉导航技术 350
10.3.5 月球表面精确定位技术 350
10.3.6 多臂协调操作的规划与控制技术 350
10.3.7 多元多维传感器信息融合及处理技术 351
第11章 未来载人登月 352
11.1 载人登月人数分析 352
11.2 载人登月方案分析 352
11.2.1 载人登月飞行过程 352
11.2.2 载人登月模式 352
11.2.3 载人登月飞行模式 353
11.3 载人登月工程系统组成 355
11.3.1 载人登月飞行器系统 355
11.3.2 登月飞行器最小不可分割模块 356
11.4 载人登月系统仿真技术 356
11.5 载人登月飞行器设计技术 356
11.5.1 绕月飞船设计技术 357
11.5.2 登月舱设计技术 357
11.5.3 推进飞行器设计技术 358
11.6 月球轨道交会对接技术 358
11.7 接近第二宇宙速度的高速再入与热防护技术 359
11.7.1 返回舱气动布局设计 359
11.7.2 返回舱防热技术 360
11.7.3 月地转移和高速再入控制技术 360
11.8 登月飞行器组合体关键技术 360
11.8.1 多重变拓扑结构的复杂动力学技术 360
11.8.2 多重变拓扑结构变参数系统的轨控与姿控技术 361
11.8.3 高刚度锁紧和高可靠分离技术 361
11.8.4 复杂动力学与控制一体化仿真、优化设计与验证技术 361
11.9 月球表面活动技术 361
11.10 载人航天器轻小型化设计技术 362
11.11 高集成度综合电子一体化设计技术 362
第12章 月球基地 363
12.1 概述 363
12.1.1 月球基地任务目标 363
12.1.2 月球基地核心功能和组成 364
12.1.3 月球基地建设的外部环境 365
12.1.4 月球基地建筑体系结构 366
12.2 各国月球基地构想 368
12.2.1 日本月球基地计划 368
12.2.2 美国月球基地计划 369
12.2.3 中国开发月球基地的战略思想 371
12.3 月球基地关键技术 374
12.3.1 月球基地概念方案 374
12.3.2 月球基地实施步骤规划 376
结束语 377
附录 379
参考文献 412