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第1章 火星概貌 1

1.1火星的物理特性 1

1.1.1火星的运动特征 2

1.1.2火星的物理性质 2

1.1.3火卫一和火卫二 5

1.2火星大气和气候 7

1.2.1大气成分和大气化学 7

1.2.2大气结构 9

1.2.3云、雾、霜 10

1.2.4大气环流和尘暴 11

1.2.5极冠与水 12

1.2.6火星的气候变迁 13

1.3火星地质地貌 14

1.3.1火星地貌 14

1.3.2火星地质 15

第2章 探火目的和各个探火阶段 18

2.1火星探测最重要的使命是研究生命起源 18

2.1.1寻找生物出现前化学现象的证据 21

2.1.2寻找过去的生命 23

2.1.3寻找现有的生命 25

2.2各个探火阶段 27

2.2.1飞越和环绕勘测阶段 28

2.2.2机器人着陆器和火星车阶段 29

2.2.3生物实验室阶段 29

2.2.4采样返回阶段 30

2.2.5载人探火阶段 30

第3章 火星探测技术综览 33

3.1探测轨道与发射窗口 33

3.1.1复杂的轨道设计 33

3.1.2有限的发射窗口 40

3.2进入、下降与着陆 42

3.2.1进入、下降和着陆的挑战 45

3.2.2气动外形减速 47

3.2.3火星用降落伞 49

3.2.4着陆缓冲系统 51

3.3火星探测的主要技术难题 54

3.3.1制导控制 54

3.3.2测控通信 55

3.3.3探测器智能自主技术 56

3.3.4新型空间电源技术 63

3.4载人火星探测 70

3.4.1载人探火的基本问题 70

3.4.2星际飞行推进系统 75

3.4.3载人探火的特需技术 83

第4章 早期的火星探测（1960—1990年） 90

4.1苏联火星号系列和福布斯系列 90

4.1.1火星—1960A/1960B 94

4.1.2火星—1962A/1962B 95

4.1.3火星—1969A/1969B 96

4.1.4火星—1 98

4.1.5火星—2/3 （Mars—2/3） 99

4.1.6火星—4/5 （Mars—4/5） 102

4.1.7火星—6/7 （Mars—6/7） 104

4.1.8探测器—2 （Zond—2） 105

4.1.9探测器—3 （Zond—3） 106

4.1.10宇宙—419 （Cosmos—419） 107

4.1.11福布斯—1/2 （Phobos—1/2） 107

4.2美国水手号系列和海盗号系列 110

4.2.1水手—3 （Mariner—3） 112

4.2.2水手—4 （Mariner—4） 112

4.2.3水手—6/7 （Mariner—6/7） 113

4.2.4水手—8/9 （Mariner—8/9） 114

4.2.5海盗—1/2 （Viking—1/2） 116

第5章 火星探测高潮迭起（1990年代至今） 125

5.1美国的新型火星探测器 129

5.1.1火星观测者（Mars Observer） 129

5.1.2火星全球勘测者（Mars Global Surveyor， MGS） 130

5.1.3火星探路者（Mars Pathfinder） 133

5.1.4火星气候轨道器（Mars Climate Orbiter， MCO） 135

5.1.5火星极地着陆器（Mars Polar Lander， MPL） 136

5.1.6奥德赛（Odyssey） 139

5.1.7勇气号／机遇号火星车（Spirit， Opportunity） 142

5.1.8火星勘测轨道器（Mars Reconnaissance Orbiter，MRO） 153

5.1.9凤凰号极地着陆器（Phoenix） 158

5.1.10火星科学实验室（Mars Science Laboratory， MSL） 167

5.2俄罗斯和中国的新型火星探测器 173

5.2.1火星—8 （Mars—8） 173

5.2.2福布斯—土壤探测器（Phobos—Grunt） 175

5.2.3萤火一号轨道探测器（YH—1） 181

5.3日本和欧空局的新型火星探测器 184

5.3.1希望号（Nozomi） 184

5.3.2火星快车（Mars Express） 186

第6章 火星探测硕果累累 196

6.1火星探测的科学成果 197

6.1.1火星大气和气候探测 197

6.1.2火星地形地貌和土壤岩石探测 199

6.1.3火星上水的勘测 202

6.2火星探测的工程成果 208

6.2.1深空通信技术 208

6.2.2空间姿控技术 209

6.2.3轨道器气动减速技术 209

6.2.4软着陆技术 211

6.2.5遥感探测技术 212

6.2.6机器人探测技术 214

6.2.7采样和现场理化分析技术 215

第7章 探测故障与教训 221

7.1火星探测分系统故障分析 221

7.1.1推进分系统 222

7.1.2结构和机构系统 226

7.1.3热控系统 227

7.1.4电源系统 228

7.1.5制导、导航与控制系统（GNC） 230

7.1.6测控和通信系统（TT&C） 232

7.1.7其他 234

7.2经验和教训 236

7.2.1探火途中充满艰辛 236

7.2.2正确的发展战略是深空探测事业的头等大事 239

7.2.3严格周密的管理是探测任务成功的保障 241

第8章 火星探测前景 246

8.1未来10年的火星探测计划 246

8.1.1火星大气和挥发物演化探测器（MAVEN） 247

8.1.2洞察号地震和内核探测器（InSight） 249

8.1.3地外生物探测器（ExoMars） 252

8.1.4空中机器人（Aerobots） 255

8.1.5火星表面采样返回 259

8.2载人火星探测构想 261

8.2.1 NASA的载人探火构想 263

8.2.2欧空局的载人探火构想 273

附表一 火星探测活动编年表 285

附表二 火星探测故障表 301