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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