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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LOK184

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”-A198

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 LITE259

8.4 日本263

8.4.1 月女神-2263

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