節(jié)節(jié)突破的中國(guó)深空探測(cè)

深空探測(cè)一般指對(duì)月球及以遠(yuǎn)的地外天體進(jìn)行空間探測(cè)的活動(dòng)。通過(guò)深空探測(cè)取得的大量科學(xué)探測(cè)和技術(shù)成果能夠拓展人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)系和宇宙的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)空間技術(shù)的進(jìn)步。中國(guó)的深空探測(cè)起步于月球探測(cè)，按照探月工程“繞、落、回”三步走的任務(wù)規(guī)劃，自2003年啟動(dòng)探月工程一期研制以來(lái)，已成功實(shí)施了5次探測(cè)任務(wù)，順利完成了三步走的前兩步；并正在按計(jì)劃進(jìn)行火星探測(cè)任務(wù)的研制工作，即將在2020年左右發(fā)射實(shí)施。與此同時(shí)，正在論證后續(xù)月球、小天體、火星、木星甚至更遠(yuǎn)的深空探測(cè)任務(wù)。月球探測(cè)和火星探測(cè)是中國(guó)由航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的標(biāo)志性和帶動(dòng)性工程。

1 探月工程

2000年11月22日，中國(guó)政府首次公布了航天白皮書(shū)—《中國(guó)的航天》，明確了近期發(fā)展目標(biāo)中包括“開(kāi)展以月球探測(cè)為主的深空探測(cè)的預(yù)先研究”。

按照探月工程“繞、落、回”三步走任務(wù)規(guī)劃：一期工程為“繞”，包括了嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)；二期工程為“落”，目標(biāo)是以軟著陸的方式降落在月球上進(jìn)行探測(cè)，包括了嫦娥三號(hào)和嫦娥四號(hào)，實(shí)現(xiàn)了月面和月球背面軟著陸；三期工程為“回”，目標(biāo)是月面巡視勘察與采樣返回，已經(jīng)完成再入返回飛行試驗(yàn)。

嫦娥一號(hào)任務(wù)

嫦娥一號(hào)任務(wù)是我國(guó)首次深空探測(cè)任務(wù)，其任務(wù)目標(biāo)是通過(guò)研制和發(fā)射我國(guó)第一顆月球探測(cè)衛(wèi)星，掌握繞月探測(cè)的基本技術(shù)。嫦娥一號(hào)探測(cè)器發(fā)射質(zhì)量2350kg，攜帶了7種科學(xué)載荷，于2007年10月24日發(fā)射，并于同年11月7日進(jìn)入環(huán)月軌道并傳回月球圖像，標(biāo)志著我國(guó)月球探測(cè)衛(wèi)星研制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了歷史性跨越，樹(shù)立了中國(guó)航天的第三個(gè)里程碑。嫦娥一號(hào)完成了在軌1年設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的既定任務(wù)，其后又開(kāi)展了多項(xiàng)拓展任務(wù)，于2009年3月1日受控撞月。

嫦娥一號(hào)首次利用CCD立體相機(jī)獲得了120m分辨率全月球影像圖、三維月球地形圖等成果，而且包含了月球的南北極。在此之前，全世界沒(méi)有一個(gè)國(guó)家獲得過(guò)月球的三維立體全月圖。雖然月球的地圖國(guó)外已繪制很多，但多為平面圖，三維立體圖很少，而且還有很多空白，因?yàn)樵虑蛏细呔暥鹊牡胤教?yáng)是斜照的，光線不足，拍照效果就差一些。一般來(lái)說(shuō)，在70°（S）～70°（N）就很難拍攝了，南北極地區(qū)有些深坑，太陽(yáng)永遠(yuǎn)照射不到，也沒(méi)有繪制成地圖。嫦娥一號(hào)采取與其他國(guó)家不同的思路，搭載1臺(tái)CCD立體相機(jī)和1臺(tái)激光高度計(jì)，兩者結(jié)合起來(lái)就能繪制成一張比較精細(xì)、全面的月球立體地圖。

嫦娥一號(hào)衛(wèi)星傳回的第一幅月面圖像

嫦娥二號(hào)任務(wù)

嫦娥二號(hào)任務(wù)是探月二期工程的先導(dǎo)星，主要目標(biāo)是獲取高精度月球表面三維影像。2010年10月1日，嫦娥二號(hào)發(fā)射成功。嫦娥二號(hào)探測(cè)器發(fā)射質(zhì)量2480kg，攜帶了8種科學(xué)載荷。2011年5月底，獲取了包括嫦娥三號(hào)預(yù)選著陸區(qū)高清晰圖像在內(nèi)的月球表面三維影像；2011年8月25日到達(dá)了日地拉格朗日L2點(diǎn)（簡(jiǎn)稱(chēng)日地L2點(diǎn)），進(jìn)行了為期10個(gè)月的科學(xué)探測(cè)；2012年12月13日國(guó)際上首次近距離飛越探測(cè)國(guó)際編號(hào)4179的“圖塔蒂斯”（Toutatis）小行星；此后嫦娥二號(hào)一直朝向更遠(yuǎn)的深空飛行。

嫦娥二號(hào)在任務(wù)執(zhí)行期間，成功拍攝著陸區(qū)虹灣的高清地形地貌圖像，完成了全月球7m分辨率影像圖的繪制，獲得了備選著陸區(qū)分辨率優(yōu)于1.5m的局部影像圖，并在拓展任務(wù)中實(shí)現(xiàn)了日地拉格朗日L2點(diǎn)飛行和圖塔蒂斯小行星飛越探測(cè)，獲取了大量的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。

嫦娥二號(hào)拍攝的月面虹灣影像圖

嫦娥三號(hào)任務(wù)

2008年，探月二期工程通過(guò)國(guó)家立項(xiàng)批復(fù)，工程目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)月球表面軟著陸和月球巡視探測(cè)。探月二期工程包括探測(cè)器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控和地面應(yīng)用五大系統(tǒng)。嫦娥三號(hào)是工程任務(wù)的核心和關(guān)鍵，包括月球軟著陸探測(cè)器（簡(jiǎn)稱(chēng)“著陸器”）和月球巡視探測(cè)器（簡(jiǎn)稱(chēng)“巡視器”，又被稱(chēng)為“玉兔號(hào)月球車(chē)”）兩個(gè)部分。嫦娥三號(hào)探測(cè)器發(fā)射質(zhì)量3780kg，其中巡視器140kg。著陸器與巡視器分別攜帶了4種科學(xué)載荷。

嫦娥三號(hào)探測(cè)器于2013年12月2日發(fā)射，于當(dāng)月14日安全著陸在月球虹灣著陸區(qū)。著陸器隨即開(kāi)展就位探測(cè)，直至目前仍在工作；巡視器于當(dāng)月15日與著陸器分離，駛抵月面，開(kāi)展巡視探測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了兩器互拍。

嫦娥三號(hào)突破了月球軟著陸和月面巡視核心關(guān)鍵技術(shù)，在航天器總體設(shè)計(jì)、制導(dǎo)導(dǎo)航和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面取得了一系列的科研成果，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)首次在地外天體上進(jìn)行原位和巡視探測(cè)。

嫦娥三號(hào)著陸器（左）和巡視器（右）

再入返回飛行試驗(yàn)任務(wù)

2011年，探月三期工程正式立項(xiàng)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)月面無(wú)人采樣返回。再入返回飛行試驗(yàn)是我國(guó)探月工程三期一次重要的驗(yàn)證飛行試驗(yàn)，主要目的是突破和掌握探月航天器再入返回的關(guān)鍵技術(shù)，為嫦娥五號(hào)任務(wù)提供技術(shù)支持。試驗(yàn)任務(wù)由飛行試驗(yàn)器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控與回收四大系統(tǒng)組成。飛行試驗(yàn)器由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司中國(guó)空間技術(shù)研究院研制，由服務(wù)艙和返回器兩部分組成。服務(wù)艙以嫦娥二號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)為基礎(chǔ)研制，具備留軌開(kāi)展科研試驗(yàn)功能；返回器為新研產(chǎn)品，具備返回著陸功能。

再入返回飛行試驗(yàn)器于2014年10月24日發(fā)射，于11月1日成功返回地球，實(shí)現(xiàn)了第二宇宙速度高速跳躍式再入返回。再入返回飛行試驗(yàn)任務(wù)的圓滿(mǎn)成功，突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)探月三期工程最終目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

嫦娥四號(hào)任務(wù)

嫦娥四號(hào)任務(wù)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)國(guó)際上首次月球背面軟著陸和巡視探測(cè)。

再入返回飛行試驗(yàn)路線圖

嫦娥四號(hào)著陸器拍攝的月球背面圖像

嫦娥四號(hào)任務(wù)主要由中繼星、著陸器和巡視器組成?！谤o橋”中繼星于2018年5月21日發(fā)射，于6月14日成功實(shí)施軌道捕獲控制，進(jìn)入環(huán)繞地月L2點(diǎn)的Halo使命軌道，成為世界首顆運(yùn)行在地月L2點(diǎn)Halo軌道的衛(wèi)星。2018年12月8日，嫦娥四號(hào)落月探測(cè)器成功發(fā)射，在飛行了26天后，于2019年1月3日成功著陸于月球背面的預(yù)選著陸區(qū)——馮·卡門(mén)撞擊坑（Von Karman Crater），并通過(guò)“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，成為世界第一個(gè)在月球背面軟著陸和巡視探測(cè)的航天器，并實(shí)現(xiàn)世界首次月背與地球的中繼通信。

2019年1月11日，嫦娥四號(hào)著陸器上的地形地貌相機(jī)完成了環(huán)拍。嫦娥四號(hào)著陸器與玉兔二號(hào)巡視器工作正常，在“鵲橋”中繼星支持下順利完成互拍，嫦娥四號(hào)任務(wù)圓滿(mǎn)成功，進(jìn)入科學(xué)探測(cè)階段。至此，我國(guó)探月工程取得“五戰(zhàn)五捷，連戰(zhàn)連捷”。

2 火星探測(cè)

火星是太陽(yáng)系八大行星之一，也是除了金星以外距離地球最近的行星?；鹦鞘浅说厍蛞酝馊祟?lèi)了解最多的行星，也是太陽(yáng)系中最近似地球的天體之一，已經(jīng)有超過(guò)30枚探測(cè)器到達(dá)過(guò)火星。同時(shí)火星探測(cè)也充滿(mǎn)了坎坷，大約三分之二的探測(cè)器，特別是早期發(fā)射的探測(cè)器，都沒(méi)有能夠成功完成它們的使命?；鹦菍⒊蔀橹袊?guó)深空探測(cè)的第二顆星球。

中國(guó)首顆火星探測(cè)器螢火一號(hào)搭載在俄羅斯“福布斯－土壤”探測(cè)器內(nèi)部，于2011年11月9日發(fā)射升空。螢火一號(hào)探測(cè)器由上海航天技術(shù)研究院抓總研制，長(zhǎng)、寬各約75cm，高60cm。兩側(cè)太陽(yáng)帆板展開(kāi)近8m，質(zhì)量約115kg，設(shè)計(jì)壽命2年。探測(cè)器上攜帶等離子體探測(cè)包、光學(xué)成像儀、磁通門(mén)磁強(qiáng)儀、掩星探測(cè)接收機(jī)等4類(lèi)有效載荷。發(fā)射升空后不久，俄方宣布“福布斯－土壤”火星探測(cè)器變軌失敗，這使螢火一號(hào)永遠(yuǎn)地留在浩瀚的太空。

2016年1月，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)正式批復(fù)立項(xiàng)，任務(wù)目標(biāo)是研制火星環(huán)繞器和著陸巡視器，其中，環(huán)繞器主要開(kāi)展火星環(huán)繞探測(cè)，并為著陸巡視器提供中繼通信服務(wù)，著陸巡視器主要開(kāi)展就位和巡視探測(cè)。首次火星探測(cè)任務(wù)發(fā)射質(zhì)量4920kg，預(yù)計(jì)于2020 年左右發(fā)射，2021 年到達(dá)并在火星表面著陸。

目前，首次火星探測(cè)任務(wù)研制工作進(jìn)展順利。在2019年7月的軟件定義衛(wèi)星高峰論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)月球探測(cè)工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)在報(bào)告中透露，中國(guó)將通過(guò)火星衛(wèi)星、火星著陸器和火星車(chē)聯(lián)合探測(cè)火星，目前火星車(chē)已經(jīng)準(zhǔn)備好。他同時(shí)透露，目前我國(guó)已完成火星探測(cè)軌道設(shè)計(jì)、測(cè)控通信、自主導(dǎo)航、表面軟著陸等關(guān)鍵技術(shù)的科研攻關(guān)，為自主火星探測(cè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在首次火星探測(cè)任務(wù)的研制過(guò)程中，將突破火星制動(dòng)技術(shù)，環(huán)繞技術(shù)，進(jìn)入、下降與著陸技術(shù)（EDL），以及火星表面巡視技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

3 未來(lái)展望

目前，我國(guó)探月工程正處于探月三期工程的初期，將突破與掌握月面表取采樣、鉆取采樣、月球樣品封裝、月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接、樣品轉(zhuǎn)移等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“繞、落、回”三步走的最后一步。

預(yù)計(jì)2020年左右發(fā)射的火星探測(cè)器，將實(shí)現(xiàn)環(huán)繞、著陸和巡視探測(cè)任務(wù)。通過(guò)首次火星探測(cè)任務(wù)的研制與實(shí)施，有望使我國(guó)成為世界上第一個(gè)在首次任務(wù)中即實(shí)現(xiàn)火星“繞、落、巡”的國(guó)家。

除月球探測(cè)和火星探測(cè)之外，我國(guó)小行星探測(cè)任務(wù)正在進(jìn)行論證工作，擬采用一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)一顆近地小行星取樣返回和一顆主帶彗星繞飛探測(cè)。對(duì)近地小行星開(kāi)展繞飛探測(cè)，擇機(jī)附著小行星表面、采集小行星樣品，返回地球附近釋放返回艙，將樣品送回地球；探測(cè)器再經(jīng)地球、火星借力飛行到達(dá)小行星帶，對(duì)彗星開(kāi)展繞飛探測(cè)。