好奇号是在火星表面着陆并成功运行至今的最先进的火星探测器，它携带了10种有效载荷，先后发现了火星上存在水、有机物、微生物等的直接证据，初步探索了火星大气的演化，测定了火星的辐射环境，取得了多项重大发现。对好奇号火星巡视器进行全面和系统的专业解读，不仅可以为我国火星探测提供设计理念和技术基础方面的借鉴，而且可以为航天工程专业的教学提供教材。
本书从美国好奇号火星车的研制历程、主要任务、科学目标、各分系统及创新点与取得的成绩等方面，系统地描述了好奇号火星车的科学目标的具体实施情况，它概括了好奇号火星车的总体技术方案；对好奇号火星车的有效载荷分系统、移动分系统、结构与机构分系统、自主导航分系统、综合电子分系统、电源分系统、热控分系统、测控数传分系统等进行了重点的剖析；对好奇号火星车的着陆与地面验证技术进行了重点的阐释；全面总结了好奇号火星探测任务实施的经验；分析了NASA的项目管理体制及好奇号的研制经验，对我国航天工程具有较强的借鉴意义。
美国好奇号火星车是迄今为止最为成功的行星车之一，它使用了可拼接扩展的隔热设计、安全准确的着陆方式、灵活稳定的供电以及自主快速的通信等多项先进技术
习近平主席提出，探索浩瀚的宇宙是全人类的共同梦想。探索的道路是充满创新与荆棘的路径，但人类仍勇往直前。1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星斯普特尼克1号发射成功，开启了人类的航天时代；1961年尤里·加加林成为第一位进入太空的地球人，实现了人类进入太空的愿望；1969年阿姆斯特朗成功登上月球，以他个人的“一小步”，带动了人类航天技术发展的“一大步”；1970年4月24日，我国第一颗人造卫星东方红一号发射成功，开启了中国航天史的新纪元；2013年，嫦娥3号月球探测器成功发射，标志着我国成为世界上第三个具有月球软着陆能力的国家。人类对宇宙的探索越来越远，深空特别是火星更是成为各国争相探索的热点，美国、俄罗斯、欧盟等国家和地区均已积极开展了相关的火星探测活动，并取得了丰富的成果。我国也于2020年7月发射了“天问一号”探测器，开启了火星探索之旅。
美国好奇号火星车是迄今为止最为成功的行星车之一，它使用了可拼接扩展的隔热设计、安全准确的着陆方式、灵活稳定的供电以及自主快速的通信等多项先进技术。好奇号是在火星表面着陆并成功运行至今的最先进的火星探测器，它携带了10种有效载荷，先后发现了火星上存在水、有机物、微生物等的直接证据，初步探索了火星大气的演化，测定了火星的辐射环境，取得了多项重大发现。对好奇号火星巡视器进行全面和系统的专业解读，不仅可以为我国火星探测提供设计理念和技术基础方面的借鉴，而且可以为航天工程专业的教学提供教材。
本书从美国好奇号火星车的研制历程、主要任务、科学目标、各分系统及创新点与取得的成绩等方面，系统地描述了好奇号火星车的科学目标的具体实施情况，它概括了好奇号火星车的总体技术方案；对好奇号火星车的有效载荷分系统、移动分系统、结构与机构分系统、自主导航分系统、综合电子分系统、电源分系统、热控分系统、测控数传分系统等进行了重点的剖析；对好奇号火星车的着陆与地面验证技术进行了重点的阐释；全面总结了好奇号火星探测任务实施的经验；分析了NASA的项目管理体制及好奇号的研制经验，对我国航天工程具有较强的借鉴意义。
本书在全面解析好奇号火星车的同时，也系统地梳理了火星车研制的关键技术，展望了火星探测的发展前景、路径及技术需求，填补了我国在火星探测领域专业著作的空白，对我国未来的火星探测具有十分重要的引领和推动作用。
谢更新：1971年11月，籍贯：湖南隆回，毕业于湖南大学，重庆大学大学教授博导，2005-2007在美国University of California at Berkeley做博士后研究。毕业回国后一直从事深空探测领域科学研究，承担“四轮三轴”月球车移动分系统研究、火星原位资源利用概念研究，适应于月面环境的微型生态圈构建关键技术等项目20余项，作为嫦娥四号任务生物科普试验载荷总设计师，首次在月球表面开展生物实验并培养出人类第一片绿叶。
张玉花：1968年10月，毕业于国防科技大学，现为中国航天科技集团有限公司第八研究院科技委常委，研究员，多年来从事载人、探月、火星探测等航天型号研制，担任了嫦娥三号、四号副总师副总指挥。
第1章绪论1
1.1火星探测背景1
1.2火星环境5
1.2.1温度环境5
1.2.2大气环境5
1.2.3引力环境5
1.2.4地形地貌5
1.2.5辐照环境6
1.2.6尘暴环境6
1.3火星探测的科学成果6
1.4火星探测的工程成果7
1.5行星保护7
第2章火星着陆巡视探测历程9
2.1火星探测的目的及意义9
2.2火星探测任务分析10
2.3火星探测器技术参数对比12
2.4历次火星探测的科学目标及发现14
2.4.1海盗1号和海盗2号15
2.4.2火星探路者和索杰纳号15
2.4.3勇气号与机遇号16
2.4.4凤凰号着陆器18
2.4.5洞察号着陆器20
2.4.6其他火星探测任务21
2.5历次着陆点及其分布图22
2.5.1着陆区域选择22
2.5.2着陆区域特点24
第3章好奇号的任务与成果29
3.1好奇号任务29
3.2科学目标论述29
3.2.1美国火星探测战略科学目标29
3.2.2好奇号的科学目标30
3.3好奇号取得的成果30
3.3.1科学成果30
3.3.2工程成果48
3.4好奇号日志51
3.4.1古代火星具有适宜微生物生存的环境条件51
3.4.2研究古代火星宜居性以及火星环境演化51
3.4.3研究火星地质变化的历史52
3.5好奇号预期目标对比54
第4章好奇号总体技术方案55
4.1好奇号任务过程55
4.1.1发射阶段56
4.1.2星际巡航与火星接近阶段57
4.1.3EDL阶段58
4.1.4首次行走62
4.1.5火星表面巡视探测过程63
4.2系统组成及功能63
4.2.1总体构型与布局63
4.2.2移动分系统69
4.2.3结构与机构分系统69
4.2.4自主导航分系统70
4.2.5综合电子分系统70
4.2.6电源分系统70
4.2.7热控分系统70
4.2.8测控数传分系统71
4.2.9有效载荷分系统71
4.3好奇号的行星保护71
4.4总体技术指标72
4.5工作模式75
4.5.1控制模式75
4.5.2通信模式76
第5章有效载荷分系统78
5.1有效载荷与科学目标的关系78
5.2有效载荷组成及功能78
5.3有效载荷布局80
5.4桅杆相机81
5.4.1设计目标81
5.4.2技术参数82
5.4.3设备组成及功能82
5.4.4关键部件解析85
5.5辐射评估探测仪85
5.5.1设计目标86
5.5.2技术参数86
5.5.3设备组成及功能86
5.5.4关键部件解析86
5.6化学分析相机88
5.6.1设计目标88
5.6.2技术参数89
5.6.3设备组成及功能89
5.6.4关键部件解析90
5.7环境监测站91
5.7.1设计目标91
5.7.2技术参数92
5.7.3设备组成92
5.7.4关键部件解析93
5.8中子动态反照率探测器95
5.8.1设计目标95
5.8.2技术参数95
5.8.3设备组成及功能96
5.8.4关键部件解析97
5.9下降成像仪99
5.9.1设计目标100
5.9.2技术参数100
5.9.3设备组成及功能100
5.9.4关键部件解析100
5.10样本分析仪101
5.10.1设计目标101
5.10.2技术参数101
5.10.3设备组成及功能103
5.10.4关键部件解析103
5.11化学与矿物学分析仪106
5.11.1设计目标106
5.11.2技术参数106
5.11.3设备组成及功能107
5.11.4关键部件解析110
5.12手持透镜成像仪113
5.12.1设计目标113
5.12.2技术参数114
5.12.3设备组成及功能114
5.12.4关键部件解析120
5.13α粒子X射线光谱仪122
5.13.1设计目标122
5.13.2技术参数122
5.13.3设备组成及功能123
5.13.4关键部件解析127
5.14再入下降着陆仪128
5.14.1设计目标128
5.14.2技术参数128
5.14.3设备组成及功能129
5.14.4关键部件解析129
第6章移动分系统134
6.1功能与组成134
6.1.1摇臂转向架式悬架系统134
6.1.2连杆式差速机构136
6.1.3车轮140
6.1.4驱动机构142
6.2主要技术指标142
6.3关键技术解析143
6.3.1好奇号任务初期地面力学分析143
6.3.2滑动轴承研究145
第7章结构与机构分系统150
7.1功能与组成150
7.1.1结构子系统设计150
7.1.2样本获取、处理与传送子系统（SA/SPAH）设计155
7.1.3机械臂子系统设计168
7.1.4钻机子系统设计173
7.1.5火星岩石原位采样分析仪子系统182
7.1.6除尘工具188
7.2主要技术指标196
7.3关键技术解析197
7.3.1MSL小质量灰尘除尘技术197
7.3.2极端环境下的机电系统设计技术202
第8章自主导航分系统206
8.1功能与组成206
8.1.1视觉导航子系统207
8.1.2组合导航子系统210
8.1.3路径规划子系统211
8.2主要技术指标211
8.2.1导航相机211
8.2.2避障相机212
8.3关键技术解析213
8.3.1巡视器定位定姿技术213
8.3.2视觉测程技术215
8.3.3路径规划技术220
8.4未来行星车自主导航技术的发展223
8.4.1地形预测223
8.4.2航行速度223
8.4.3自主能力224
8.4.4岩心取样224
第9章综合电子分系统226
9.1功能与组成226
9.1.1综合电子分系统主要功能226
9.1.2综合电子分系统组成226
9.1.3硬件227
9.1.4软件234
9.2主要技术指标241
9.3关键技术解析242
9.3.1分布式电机控制技术242
9.3.2适用于低温环境的专用集成电路加工技术245
第10章电源分系统247
10.1功能及组成247
10.1.1功能247
10.1.2组成247
10.2主要技术指标252
10.3关键技术253
10.3.1高可靠多任务同位素热电发电机总体技术253
10.3.2多任务同位素热电温差发电技术256
10.3.3多任务同位素热电发电机热防护技术258
10.3.4耐低温锂离子电池技术261
第11章热控分系统264
11.1功能与组成264
11.1.1功能264
11.1.2系统组成266
11.2主要技术指标269
11.3关键技术解析269
11.3.1EDL阶段气动热防护技术269
11.3.2流体回路系统技术278
11.3.3关键部件热设计概述287
11.3.4热平衡试验293
第12章测控数传分系统299
12.1功能与组成299
12.1.1功能299
12.1.2系统组成299
12.2主要技术指标302
12.2.1器地X频段指标302
12.2.2器间UHF频段指标303
12.3关键设备解析304
12.3.1器地X频段关键部件304
12.3.2器间UHF关键部件313
第13章着陆与地面验证技术321
13.1巡视器着陆技术321
13.1.1着陆过程321
13.1.2着陆系统组成与功能分析328
13.1.3着陆技术分析及解决途径344
13.1.4好奇号着陆技术的创新性361
13.1.5小结365
·ⅩⅦ·
13.2地面验证技术365
13.2.1利用ADAMS仿真进行空中吊车系统论证365
13.2.2MSL热真空安全性及有效性测试375
13.2.3MSL巡视器结构的离心试验验证与确认379
第14章好奇号任务的前沿性分析387
14.1首次采用空中吊车着陆缓冲技术387
14.2续航能力强劲387
14.3设计行程远387
14.4样本采集能力强388
14.5任务更复杂388
14.6科学仪器多样化且能有机协作388
14.7结构特点灵活389
14.8软件系统功能强389
14.9自主热控系统390
第15章好奇号任务的组织管理391
15.1研制流程391
15.2参研单位及任务分工392
15.2.1政府航天部门392
15.2.2研究机构393
15.2.3参与高校393
15.2.4国际合作机构394
15.2.5参与企业394
15.2.6MSL项目办人员名单395
15.2.7有效载荷研究人员名单395
15.3工作模式400
15.3.1MSL科学团队成员400
15.3.2MSL科学团队合作人员405
15.3.3增员与裁员405
15.3.4运行方针405
15.3.5活动信息406
15.3.6参与测试与训练406
15.3.7仪器向上传输信息的准备工作406
15.3.8用于工程技术的仪器设备406
·ⅩⅧ·
15.4管理模式406
15.4.1NASA总部项目管理组织及其管理职能406
15.4.2全面质量管理（TQM）措施409
15.4.3经费管理411
15.4.4招标和外包程序411
15.4.5在国际航天交流中应遵循的原则412
15.5管理方法413
15.5.1利用过程的方法进行项目管理413
15.5.2利用标准化的方法进行项目管理415
15.5.3加强项目人力资本的开发与培训415
第16章未来火星探测规划417
16.1美国火星发展规划417
16.1.1美国火星探测发展规划历程417
16.1.2美国火星发展战略规划418
16.1.3近期美国火星探测器420
16.2俄罗斯火星发展规划424
16.3ESA火星发展规划425
16.4中国火星发展规划425
16.5其他国家火星发展规划427
16.5.1印度427
16.5.2日本427
16.5.3阿联酋427
16.5.4韩国428
16.6典型载人火星探测案例428
16.6.1ESA 的“曙光计划”428
16.6.2NASA的DRA 5.0方案428
16.6.3SpaceX的火星移民计划430
第17章总结与展望433
参考文献434
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