本书围绕星际航行与探测的主要科学、技术问题，结合近年来国内外系列工程实践，系统全面地阐述了涉及的基础理论、科学问题、关键技术、工程任务和发展趋势等内容。
全书共10章，涵盖了航天基础知识、日地空间、月球与行星、小天体、太阳系边际、系外行星航行与探测，以及空间天文、地外生命探寻和资源利用等主题，并展望了星际航行前沿技术的发展趋势。
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飞出地球 窥探天外
前言
第1章 星际航行基础知识 1
1.1 宇宙概貌 1
1.1.1 太阳系1
1.1.2 恒星9
1.1.3 致密星10
1.1.4 星际物质11
1.1.5 银河系12
1.1.6 河外星系13
1.1.7 宇宙14
1.2 空间环境特征 15
1.2.1 日地空间环境15
1.2.2 行星空间环境24
1.2.3 行星际空间环境30
1.3 轨道与时间设计基础 31
1.3.1 坐标系31
1.3.2 时间34
1.3.3 典型轨道类型36
1.3.4 转移轨道设计42
1.3.5 使命轨道设计46
1.4 工程基础 54
1.4.1 运载火箭系统54
1.4.2 航天器系统56
1.4.3 航天员系统61
1.4.4 发射场系统64
1.4.5 测控系统66
1.4.6 地面应用系统69
1.5 本章小结 71
参考文献 71
第2章 日地空间探测 73
2.1 地球空间科学探测 74
2.1.1 中高层大气探测74
2.1.2 电离层探测78
2.1.3 辐射带探测81
2.1.4 地球磁层探测83
2.2 太阳与日地空间探测 86
2.2.1 地面光学探测87
2.2.2 地面射电探测87
2.2.3 空间探测89
2.3 中国日地空间探测的进展与展望 92
2.3.1 地球空间双星计划93
2.3.2 子午工程94
2.3.3 SMILE任务 96
2.3.4 张衡一号卫星98
2.3.5 澳科一号卫星99
2.3.6 夸父一号卫星 100
2.3.7 羲和号卫星 102
2.4 近地空间资源及其应用 103
2.4.1 近地空间资源 103
2.4.2 近地空间资源开发利用方式 106
2.5 卫星通信 110
2.5.1 卫星通信基础 110
2.5.2 卫星通信系统组成 112
2.5.3 通信卫星系统发展历程及典型系统 113
2.6 卫星导航 117
2.6.1 卫星导航基础 117
2.6.2 卫星导航系统组成 118
2.6.3 卫星导航发展历程及典型系统 120
2.7 卫星遥感 123
2.7.1 卫星遥感基础 123
2.7.2 卫星遥感系统组成 125
2.7.3 卫星遥感发展历程及典型系统 127
2.8 本章小结 129
参考文献 130
第3章 月球与行星探测 133
3.1 月球探测 133
3.1.1 月球探测历程 133
3.1.2 无人月球探测 135
3.1.3 载人月球探测 142
3.2 火星探测 153
3.2.1 火星探测历程 153
3.2.2 火星探测主要科学问题 155
3.2.3 无人火星探测 157
3.2.4 载人火星探测 167
3.2.5 火星探测行星保护 171
3.3 金星与水星探测 175
3.3.1 金星探测 175
3.3.2 水星探测 187
3.4 巨行星及冰巨星探测 193
3.4.1 木星系统探测 193
3.4.2 土星系统探测 203
3.4.3 天王星及海王星探测 212
3.5 中国的月球与行星探测任务 217
3.5.1 中国探月工程 217
3.5.2 中国火星探测任务 226
3.5.3 中国木星系及行星际穿越探测任务 231
3.6 本章小结 235
参考文献 235
第4章 小天体探测与防御 237
4.1 概述 237
4.1.1 基本概念 237
4.1.2 小天体轨道 238
4.1.3 小天体材质分类 240
4.1.4 小天体物理特性 242
4.2 小天体探测 244
4.2.1 小天体探测科学目标 244
4.2.2 小天体探测科学载荷 245
4.2.3 小天体探测工程进展 246
4.3 小天体防御 259
4.3.1 小天体撞击危害 259
4.3.2 小天体监测预警 264
4.3.3 小天体在轨处置 268
4.3.4 小天体灾害救援 277
4.3.5 中国小行星防御在轨演示验证任务 277
4.4 本章小结 281
参考文献 282
第5章 行星际航行与太阳系边际探测 285
5.1 概述 285
5.1.1 行星际航行概念 285
5.1.2 日球层简介 285
5.1.3 太阳系边际概览 287
5.2 行星际航行 288
5.2.1 太阳系航行总览 288
5.2.2 早期的行星际航行和太阳系边际探测 290
5.2.3 行星际航行和太阳系边际探测的概念设想与工程论证 291
5.2.4 国际上重要科学发现 294
5.2.5 国内重要科学进展 295
5.3 太阳系边际与行星际科学问题 298
5.3.1 日球层结构与动力学 298
5.3.2 太阳风与星际介质相互作用 300
5.3.3 邻近星际空间特性 300
5.3.4 太阳系小天体特性 302
5.3.5 大行星及其卫星系统 303
5.3.6 太阳系的起源和演化 304
5.4 太阳系边际探测典型有效载荷 305
5.4.1 多样的探测手段 305
5.4.2 电磁场探测 306
5.4.3 粒子类探测 308
5.4.4 成像类探测 309
5.4.5 空间天文探测 311
5.5 行星际航行关键技术 311
5.5.1 深空能源技术 312
5.5.2 深空推进技术 313
5.5.3 深空测控技术 315
5.5.4 深空热控技术 316
5.5.5 其他关键技术 317
5.6 本章小结 318
参考文献 318
第6章 系外行星探测 321
6.1 概述 321
6.1.1 行星系统形成与演化 322
6.1.2 系外文明思考与探索 325
6.2 系外行星的发现和表征 327
6.2.1 视向速度法 328
6.2.2 凌星法 330
6.2.3 微引力透镜法 331
6.2.4 直接成像法 333
6.2.5 天体测量法 334
6.2.6 其他探测方法 336
6.2.7 探测方法总结与比较 337
6.3 系外行星探测成果 339
6.3.1 系外行星探测极限 340
6.3.2 研究行星族群性质 342
6.4 系外生命的天基探测 344
6.4.1 宜居带和宜居行星 344
6.4.2 系外行星大气探测原理和进展 346
6.4.3 生命印记概述 350
6.4.4 系外生命探测原理和进展 352
6.4.5 未来主要天基探测设施 354
6.5 本章小结 357
参考文献 357
第7章 空间天文探测 361
7.1 宇宙天体观测的空间时代 361
7.1.1 天文学的当代发展 361
7.1.2 空间天文观测的优越性 362
7.1.3 空间天文学的发展阶段 363
7.1.4 空间天文的重大意义 364
7.2 γ射线暴的研究与探测 369
7.2.1 γ射线暴简介 369
7.2.2 γ射线暴空间探测技术 372
7.2.3 国外主要的γ射线暴卫星及其科学突破 373
7.2.4 中国的γ射线暴空间探测 379
7.3 中子星及其空间探测 384
7.3.1 中子星简介 384
7.3.2 中子星的探测方法 387
7.3.3 国外的中子星空间观测项目及标志性成果 389
7.3.4 中国的中子星空间探测研究 395
7.4 黑洞及其空间探测 398
7.4.1 黑洞简介 398
7.4.2 黑洞探测方法和观测证据 400
7.4.3 国外的黑洞空间探测研究 405
7.4.4 中国的黑洞空间探测研究 411
7.5 暗物质的空间探测 415
7.5.1 暗物质简介 415
7.5.2 暗物质间接探测原理 418
7.5.3 国际探测任务及主要发现 419
7.5.4 中国的暗物质空间探测项目及进展 423
7.6 暗能量的空间探测 428
7.6.1 暗能量简介 428
7.6.2 暗能量的探测方法 432
7.6.3 国际暗能量空间探测项目及代表性发现 437
7.6.4 中国的暗能量空间探测项目及进展 440
7.7 引力波空间探测 442
7.7.1 引力波简介 442
7.7.2 引力波空间探测原理 445
7.7.3 国际空间引力波LISA 计划 446
7.7.4 中国的空间引力波探测任务 448
7.8 本章小结 451
参考文献 452
第8章 地外生命探测与地外生存 455
8.1 地外生命探测 455
8.1.1 生命的基本特性与产生条件 455
8.1.2 地外生命的探测技术 459
8.2 地外天体可宜居性 462
8.2.1 火星的宜居性 462
8.2.2 外太阳系卫星的宜居性 470
8.2.3 系外天体宜居性 477
8.3 地外生存 482
8.3.1 地外生存的技术限制 483
8.3.2 人类地外生存的环境适配性 486
8.3.3 地外生存环境下机体功能保持策略 498
8.3.4 拓展人类生存新边疆 500
8.4 地外极端环境生理变化机制及太空药物开发 505
8.4.1 生理功能障碍的细胞学机制 506
8.4.2 生理功能障碍的病理机制 507
8.4.3 太空药物 511
8.5 本章小结 514
参考文献 514
第9章 地外资源开发与利用 517
9.1 空间位置资源利用 517
9.1.1 地月拉格朗日点 517
9.1.2 日地拉格朗日点 518
9.1.3 月球位置资源 520
9.1.4 其他深空位置资源 521
9.2 空间环境资源利用 522
9.2.1 空间微重力环境利用 523
9.2.2 空间高能辐射环境利用 525
9.2.3 空间真空与低温环境利用 527
9.2.4 空间能源环境利用 528
9.3 地外物质资源利用 531
9.3.1 地外天体水冰资源利用 531
9.3.2 地外天体挥发分资源利用 535
9.3.3 地外天体大气资源利用 537
9.3.4 地外天体矿物资源利用 538
9.3.5 地外星壤资源建造利用 541
9.4 本章小结 542
参考文献 542
第10章 星际航行与探测前沿技术 545
10.1 先进能源 545
10.1.1 空间核能源技术 546
10.1.2 空间发电站技术 548
10.1.3 先进储能技术 550
10.2 新型动力与运输 553
10.2.1 太阳能大功率电推进技术 553
10.2.2 核动力推进技术 555
10.2.3 在轨加注转移运输技术 557
10.2.4 太空电梯运输系统技术 559
10.2.5 反物质发动机技术 561
10.3 星际智能航行 562
10.3.1 智能任务规划 563
10.3.2 智能感知技术 565
10.3.3 智能导航技术 567
10.3.4 智能控制技术 569
10.3.5 智能健康管理 571
10.4 具身智能作业 572
10.4.1 极端环境智能探测技术 573
10.4.2 资源智能开采技术 575
10.4.3 星表设施智能建造技术 577
10.4.4 设备设施智能维修技术 580
10.4.5 具身智能学习技术 582
10.5 极限测控通信 583
10.5.1 超高频段超大功率超高精度测控通信 584
10.5.2 极远距离高精度单向测量技术 585
10.5.3 航天器自主定轨技术 587
10.5.4 高效信息传输优化技术 588
10.6 地外天体生存 591
10.6.1 受控生态生保系统构建 591
10.6.2 宜居环境控制与生命保障技术 593
10.6.3 居住设施原位建造技术 595
10.6.4 深空健康保障 598
10.7 本章小结 599
参考文献 600
附录A 太阳系八大行星轨道 603
附录B 月球探测任务大事记 605
附录C 行星探测任务大事记 611
附录D 太阳、小天体探测及太空望远镜任务大事记 617
附录E 太阳系天体命名 621
附录F 月球上由中国命名并获批的地理实体 627
附录G 火星上由中国命名并获批的地理实体 629
附录H 缩略词表 631
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