深空探測

深空探測是指脫離地球引力場，進入太陽系空間和宇宙空間的探測。根據2000年發布的《中國的航天》白皮書中的定義，國內目前將對地球以外天體開展的空間探測活動稱為深空探測。

隨著人類航天科技水平和能力的提高，深空探測的概念也會逐漸發展。

基本介紹

• 中文名：深空探測
• 外文名：deep space exploration

簡介

深空探測指人類對月球及以遠的天體或空間環境開展的探測活動，作為人類航天活動的重要方向和空間科學與技術創新的重要途徑，是當前和未來航天領域的發展重點之一。

研究特點

開展深空探測的主要研究對象一般由近及遠：月球是起點和前哨站；火星是月球之後的又一個探測熱點；小天體探測日益受到重視；多目標多任務探測是深空探測的一種重要形式；對太陽系中心天體太陽的探測活動一直未曾間斷過；火星和金星之外的大行星及其衛星探測活動任重道遠。

探測方式上，一般包括飛越、硬著陸(撞擊)、環繞、軟著陸(+巡視)、無人採樣返回、載人探測等形式。近年來出現的兩個新趨勢：對同一探測對象採取多種探測形式交替進行的方式；在一次任務中多種探測手段組合實現綜合探測。

關鍵技術

深控探測的深度與廣度直接取決於一系列關鍵技術的突破和支撐，這些關鍵技術包括深空軌道設計與最佳化、自主技術、能源與推進、深空測控通信、新型結構與機構、新型科學載荷技術等。其中軌道設計與最佳化技術包括多體系統能量軌道設計與最佳化技術及不規則弱引力場軌道設計與最佳化技術等；自主技術包括自主任務規劃技術、自主導航技術、自主控制技術、自主故障處理技術等；新型能源與推進技術包括核能源技術、電推進技術、太陽帆推進技術等。

主要意義

深空探測意義重大，一是有利於促進對太陽系及宇宙的形成與演化、生命起源與進化等重大科學問題的研究,從而進已成為人類航天活動的重要方向；二是有利於推動空間技術的跨越式可持續發展，從而不斷提升人類進入太空的能力；三是有利於催生一系列基礎性、前瞻性的新學科、新技術，從而促進一系列相關科學技術的發展；四是有利於培養和造就創新型人才隊伍，從而推動人類社會可持續進步。

研究範疇

在行星際探測方面，過去40年來，美國、前蘇聯、歐洲航天局及日本等先後發射了100多個行星際探測器，既有發向月球的，也有發向金星、水星、火星、木星、土星、海王星和天王星等各大行星的，還有把“鏡頭”指向我們地球及周邊環境的。通過這些深空探測活動所得到的關於太陽系的認識大大超過了人類數千年來所獲有關知識總和的千萬倍。

天文觀測

在天文觀測方面，今天人類已把各個波段的天文衛星送入太空，其中較大的有美國的伽馬射線觀測台、先進X射線天體物理設施、紅外望遠鏡設施、“哈勃”空間望遠鏡等4項，其中以“哈勃”空間望遠鏡最引人矚目。

探測未來

深空探測是在衛星套用和載人航天取得重大成就的基礎上，向更廣闊的太陽系空間進行的探索。隨著21世紀的到來，深空探測技術作為人類保護地球、進入宇宙、尋找新的生活家園的唯一手段，引起了世界各國的極大關注。

通過深空探測，能幫助人類研究太陽系及宇宙的起源、演變和現狀，進一步認識地球環境的形成和演變，認識空間現象和地球自然系統之間的關係。從現實和長遠來看，對深空的探測和開發具有十分重要的科學和經濟意義。深空探測將是21世紀人類進行空間資源開發與利用、空間科學與技術創新的重要途徑。

重點領域

◆月球探測；

◆火星探測；

◆水星與金星的探測；

◆巨行星及其衛星的探測；

◆小行星與彗星的探測。

發展歷程

從1958年美國和前蘇聯啟動探月計畫開始，世界已開發國家和航天技術大國都先後開展了多種類型的深空探測活動。

1959年1月2日，前蘇聯發射了月球1號探測器。月球1號從距離月球表面5000多千米處飛過，並在飛行過程中測量了月球磁場、宇宙射線等數據，這是人類首顆抵達月球附近的探測器。1959年9月26日，前蘇聯成功發射了月球2號探測器，它是首個落在月球上的人造物體。

全世界進行過月球探測的國家和地區有美國、前蘇聯/俄羅斯、歐洲和日本以及中國。已經開展月球探測活動126次，其中美國56次、包括10次載人月球探測，成功37次，失敗19次，成功率66%。俄羅斯64次，成功21次，失敗43次。歐洲，日本和印度各1次。中國4次，分別是嫦娥1號，嫦娥2號，嫦娥3號和嫦娥再入返回試驗器。

深空探測50年的發展經歷了兩個高潮期：一為1958 -1976年，二為1994年至今。1958 - 1976年的深空探測第一個高潮期，是美、蘇兩國在冷戰背景下的空間競賽期，共實施166次探測任務。其標誌性成果是實現了無人月球採樣返回和載人登月。1994年美國發射的“克萊門汀”(Clementine)月球探測器發現了月球可能存在水冰，掀起了深空探測的第二次高潮，迄今共實施了53次探測任務。其顯著標誌一是歐空局、日本、中國和印度等加入深空探測國家行列，二是實現了小天體採樣返回和火星巡視探測。

發展趨勢及最新進展

進入21世紀，各航天國家和組織紛紛制定了深空探測計畫，美國仍以延伸人類活動疆域為長遠目標，通過對太陽系各類主要天體開展持續探測，全面掌握深空探測技術，確保和加強在航天領域的領導地位，近期探測目標重點是火星和小行星。歐洲空間局以實現載人火星飛行為目標，與提出同一目標的俄羅斯開展合作，將於2020年前實現火星著陸巡視。俄羅斯提出對太陽系其他主要天體實施探測的計畫，以期在短期內重整旗鼓，重塑航天強國形象。日本發展的重點是實施多類型小行星的取樣返回任務，不斷發展新技術，以保持在小行星探測領域的優勢地位。印度把增強航天能力作為實現強國夢想的捷徑，在2013年取得火星探測成功後，更加大了深空探測發展步伐，計畫2020年前實施月球著陸巡視探測和第二次火星探測。

從各國深空探測的遠景目標和任務規劃分析得出國際上深空探測總體表現出5個方面的發展趨勢和特點：月球探測是開展深空探測的首選目標；火星是目前行星探測的最大熱點；小天體探測成為深空探索領域的重點發展目標之一；探測方式日趨多樣，逐步由技術推動轉向科學帶動；大型探測任務的國際合作模式成為重要發展途徑。

火星作為地球外最適宜人類生存的星球，得到了美國航空航天局的青睞。雖然1992年火星觀測者任務失敗，但1997年美國發射了火星全球勘測者號軌道探測器，同年還發射了探路者號著陸探測器，進行了火星軟著陸並釋放了一輛僅僅10.6千克的火星車。此後2001年美國發射了火星奧德賽號軌道器，然後又成功進行了火星探測漫遊者號、機遇號和勇氣號火星車的任務，並發射了鳳凰號著陸器降落在火星北極勘察水的存在，並試圖尋找是否存在適合微生物生存的環境。

美國也在繼續發射火星軌道器，2005年美國發射了火星偵查軌道器獲取了解析度超過0.3米的超高精度火星影像。美國2011年還發射了空前先進和複雜的好奇號火星車，在火星軟著陸和火星車探測領域將其他國家遠遠甩在身後。美國通過軌道器的高精度照片，著陸器和火星車的實地勘察，確認火星上過去存在河流，現在也存在一定的水資源，這對目前由於技術和預算問題困難重重的載人探測火星來說可謂雪中送炭。美國和歐洲非常注重在火星探測領域的持續投入，並將載人火星探測作為深空探索的長遠目標。美國計畫在2030年左右將太空人送上火星。

蘇聯解體後，力求復興的俄羅斯再次發起火星探測項目，遠期目標也是太空人登入；歐盟在“火星快車”探測飛船釋放著陸器失敗後，2016年3月又發射了探測火星大氣環境的“痕量氣體軌道探測器”（TGO），並且再次嘗試釋放著陸器。

印度在深空探測領域“一鳴驚人”。2014年，印度“曼加里安”探測飛船成功進入火星軌道，成為第一個探索火星的亞洲國家，也是唯一一個首探火星即獲成功的國家。印度在每年航天預算僅七八億美元的條件下確保月球和火星兩個重點深空項目成功，其中“曼加里安”的成本僅為7000多萬美元，令人矚目。

日本近十幾年來在深空探測方面也有很多進展，2003年，發射“隼鳥”號小行星探測器，這次任務比較有趣，在兩顆小衛星失敗的情況下，母星親自降落，一度與地球喪失聯繫，控制人員宣布任務失敗，後來又奇蹟復活，破天荒地取到了小行星樣本，並於2010年返回地球，降落在澳大利亞。“隼鳥”號取得的成就包括利用耗能低的離子引擎，電離氙氣噴射提供動力，實現了長距離運行；近距離的拍攝了小行星的照片，研究了小行星結構，以及從小行星上抓取了岩土樣本等，但是對樣本的研究目前尚未有重大的科研進展的訊息傳出。2006年，和美國合作，發射“日之出”太陽探測器。2007年，發射“輝夜姬”月球探測器。

中國是近年來深空探測領域的“新星”，其中探月是近期主要任務，火星探測計畫在2020年之後。2016年初，我國政府正式批覆火星探測任務，計畫於2020年擇機發射火星探測衛星，一步實現“繞、落、巡”工程目標。如果首次任務成功，我國將進一步實施火星表面採樣返回任務，最終實現對火星從全球普查到局部詳查、著陸就位分析、再到樣品實驗室分析的科學遞進。中國科學家還提出了多項空間探測計畫。如“小行星探測”計畫，以伴飛、附著、取樣返回等探測方式，對近地目標小行星進行整體性探測和局部區域的就位分析。還有“木星系統探測”計畫等，主要將研究木星磁層結構、“木衛二”大氣模型、“木衛二”表面冰層形貌及厚度、金星—地球—木星間的太陽風結構，以及地球生命的地外生存狀態及其演變特性等。