2014年世界空間探測回顧

2014年的世界空間探測活動呈現出蓬勃發展的局面。飛行了10年的歐洲航天局（E S A）“羅塞塔”（Rosetta）于2014年8月進入預定的67P/丘尤穆夫-杰拉西門克彗星（67P/Churyumov-Gerasimenko，簡稱67P彗星）軌道，于11月在世界上首次向該彗星的彗核釋放了著陸器“菲萊”（Philae），并發回重要數據，產生了巨大影響。美國“火星大氣與揮發物演變”（MAVEN）探測器和印度首個火星探測器“曼加里安”（Mangalyaan）于9月先后進入火星軌道，創造了多個首次。我國在10月成功發射了探月工程三期再入返回飛行試驗器（簡稱試驗器），其返回器于11月順利返回地球，使我國成為繼蘇聯和美國之后，世界上第3個成功回收繞月航天器的國家。日本在12月把隼鳥－2（ Hayabusa－2）小行星探測器送入軌道。

1 美國成就斐然

2014年，美國在月球和火星探測方面都取得了顯著進展，飛行了約9年的世界第1個冥王星探測器—“新地平線”（New Horizons）也走近冥王星，準備開始工作。

月球探測

（1）“月球勘測軌道器”的新貢獻

3月19日，美國航空航天局（NASA）網站發布消息稱，美國科學家3月份對“月球勘測軌道器”（LRO）上的2臺窄視場相機4年多來拍攝的圖像數據進行了處理，合成了一份人類迄今最清晰的月球北極照片。天文愛好者可以在網上對其進行放大、縮小、平移等操作，圖像的細節足以讓人們看清月球表面的紋理和微妙的陰影，神秘的月球北極近乎一覽無余。

美國“月球大氣與塵埃環境探測器”在月球軌道飛行示意圖

（2）“月球大氣與塵埃環境探測器”結束使命

4月18日，由于燃料耗盡，“月球大氣與塵埃環境探測器”（LADEE）按計劃高速撞擊了月球背面，其中許多零件由于撞擊時產生的高溫而汽化。其撞擊速度約5800km/h，約3倍于高能步槍子彈的飛行速度。在撞月前的4月1－3日，ESA位于西班牙的光學地面站接收到了來自“月球大氣與塵埃環境探測器”的紅外激光數據信號，傳輸速度達到80Mbit/s（激光通信設備與無線電通信設備相比不僅傳輸速率高，而且小而輕）。4月11日，它進行最后一次軌道機動在月球背面撞月，撞月區域遠離此前“阿波羅”（Apollo）的登月地點。由于延長飛行時間，導致該探測器于4月15日遭遇了一次月全食，但它還是熬過月全食帶來的4h寒冷和黑暗，并意外幸存。由于未攜帶用于長期維持軌道或持續科學研究的燃料，所以美國有意讓該探測器主動撞向月球背面，以避免其在自主降落時可能會撞擊并污染1969－1972年間多次“阿波羅”登月行動留下的遺跡。美國“月球勘測軌道器”拍攝到了“月球大氣與塵埃環境探測器”撞擊月面之后形成的撞擊坑，新撞擊坑直徑不超過3m，之所以撞擊坑這么小，是因為探測器的大小僅僅和一輛小汽車相當，并且其撞擊月面時的相對速度也較慢（約6116km/h）。

火星探測

（1）成功試驗“低密度超聲速減速器”

2014年6月28日，測試完成墜入海中的美國碟形“低密度超聲速減速器”被吊出海面

6月28日，N A S A完成了“低密度超聲速減速器”（L D S D）的首次超聲速飛行氣動試驗（SFDT），降落在夏威夷考艾島海域。到目前為止，在火星表面實現著陸的最大質量是約1t的好奇號（Curiosity）火星車。為了將質量更大的探測器送抵火星表面，并最終實現載人登陸火星（質量在20t以上），美國必須研發可在稀薄火星大氣中快速降低大型航天器速度的減速技術。“低密度超聲速減速器”技術驗證任務旨在驗證新的超聲速減速技術，提高未來火星任務的著陸載荷質量和著陸精度。該減速器主要由“超聲速充氣式氣動減速器”（SIAD）和大型降落傘組成。“超聲速充氣式氣動減速器”可充氣膨脹，增大“低密度超聲速減速器”的氣動阻力，以降低飛行速度；巨型降落傘用于進一步降低速度，是目前用于在Ma為2以上速度下展開減速的面積最大的降落傘。按照試驗計劃，“超聲速充氣式氣動減速器”在“低密度超聲速減速器”速度到達Ma為4時充氣展開，使整個碟狀“低密度超聲速減速器”的直徑從4.7m增至6m，以降低速度；在“低密度超聲速減速器”速度降低至Ma為2.5時，巨型降落傘展開，以進一步降低速度。

這次測試是NASA“低密度超音速減速器”項目3次計劃測試中的第1次。2015年再進行2次類似的測試，使用更大的超聲速降落傘進一步降低速度，并評估“低密度超聲速減速器”對再入航天器的減速效果。如果“低密度超聲速減速器”技術成熟，它可確保美國盡早突破目前火星著陸質量極限，預計2018年NASA即可全面掌握該項技術。但從需求角度來看，或將在2021年才有機會應用該技術。（詳情請看《國際太空》2014年第11期）

（2）機遇號火星車行駛創造紀錄

8月，工作了11年的機遇號（Opportunity）火星車上的計算機自動重啟了十幾次之多，盡管每次排除故障一般只需要1～2天，但這樣的事件仍然嚴重干擾了預定科學考察工作的開展。重啟故障可能來自閃存存儲區域，在使用了11年之后，其閃存內的存儲區域出現了多次重復使用磨損，通過格式化可以清除磨損的區域。據此，火星車項目組決定將其閃存格式化，清空機遇號上的數據存儲區域，這相當于清除機遇號的“記憶”。閃存是一種可以在電力供應中斷的情況下繼續存儲數據的載體，經過長期使用，閃存內部的部分存儲模塊會出現損耗老化。格式化操作可以清除整個存儲區，并可以找出那些損壞的存儲區塊，從而避開這些區域，減少意外重啟的事故發生頻率。閃存中損壞的區塊是導致這些重啟事件的最可能原因，而格式化操作的風險很低，因為關鍵程序和飛行軟件模塊是被存儲在其他地方的，并不在閃存中。

直至8月，機遇號還創造了一項世界紀錄，即人類到目前為止在地外天體上行駛最遠的車輛，達到了40km。第二名是蘇聯20世紀70年代發射的月球車－2（Lunokhod－2），它行駛了39km。美國在2004年設定機遇號的行駛距離只有大約1km，結果卻行駛了40km，并還在增加，其設備可靠性值得稱贊。

（3）好奇號火星車發現火星上曾有湖泊

9月11日，NASA宣布，在行駛約2年后，好奇號火星車終于抵達主要任務地點—高約5000m的夏普山的山腳下。按照計劃，好奇號將先在名為帕倫普山的巖層處選擇一個目標鉆孔取樣。

這是在美國好奇號著陸火星后的第712天（2014年8月7日），使用其右側桅桿相機拍攝的圖像。從圖中可以看到夏普山山麓成層性非常良好的沉積巖層露出。這張圖像視野幅寬大約1.5m

12月8日，NASA宣布，好奇號為火星夏普山拍攝的高清晰度巖石照片顯示，這座位于一個巨大隕石坑中心的高山，可能是由一個大型湖床的沉淀物長期累積與風化所形成的。研究人員認為，這一發現成為火星地質歷史上曾存在流動水的又一有力證據。當天，NASA網站公布了幾幅好奇號發回的照片。在一幅攝于2014年8月7日的照片上，可以清晰看到夏普山底部呈現出均勻分層的巖石。研究人員認為，這屬于湖底沉積物形成巖石的典型樣貌，該地應當距離流水注入湖泊之處不遠。其他照片也從不同角度證明，蓋爾隕石坑從前可能是個湖泊，但曾多次蒸發干涸，夏普山或許就是由來自隕石坑邊緣高地的流水沉積物或風化沉積物層層累積而成，沉積物積累到一定高度后受到風力侵蝕，最終塑造了夏普山如今的外貌。

12月16日，NASA宣布，好奇號在大氣層中發現了甲烷增多現象，并且還首次確認在巖石中發現有機物。在過去2個月，好奇號監測到了平均甲烷含量大幅增長的跡象，雖然很快消散，且波動的原因未知，但仍然激起了人們對火星上存在生命的猜想。據悉，一般星球大氣中的甲烷都來自于動植物。不過也有人表示，甲烷的增多或來自于火星上地質活動，或者彗星影響等。好奇號項目科學家表示，甲烷陡然增多然后又減少，說明火星上肯定有相對固定的物質，這種物質或生物性或非生物性，皆有可能。此外，好奇號在鉆取巖石過程中還發現了有機物。科學家們表示，這是第一次在火星巖石上發現有機碳，這種物質還未能確定身份。

（4）“火星大氣與揮發物演變”入軌首探火星上層大氣

9月21日，在太空中航行了約7×108km的“火星大氣與揮發物演變”探測器進行入軌操作，在火星北極上空大約380km處，其上的6臺制動推力器開始點火制動，成功讓探測器減速至1980km/s，從而被火星引力場捕獲。這一點火過程持續大約33min，消耗了大約50%的燃料儲備。然后推力器自動熄火，探測器受火星引力的吸引，進入一個運行周期為35h的臨時軌道，即近火點150km、遠火點6200km的大橢圓軌道。由于火星與地球相距遙遠，探測器發出的信號延遲約12min才傳回地球。此后6周，探測器在臨時軌道上試運行，并檢測所攜帶的科學儀器。最終，探測器進入周期為4.5h的科學任務軌道，進行長達1年的對火星上層大氣的考察。

其科學目標是：①了解從大氣逃逸至太空的揮發物于大氣演化所扮演的角色，進而了解火星大氣、氣候、液態水和行星適居性的歷史；②了解當今上層大氣與電離層的狀態，以及與太陽風的交互作用；③了解當今中性粒子與離子從大氣逃逸的狀況與相關機制；④測得大氣中穩定同位素的比例，以了解大氣隨時間流失的情況。

“火星大氣與揮發物演變”是世界首個研究火星上層大氣的探測器，旨在調查火星上層大氣，幫助了解火星大氣氣體逃逸到太空對火星氣候演變所產生的影響。科學家們預期這次任務可獲取大量有關火星高層大氣散逸的數據，幫助了解這種大氣流失過程在整個火星氣候演變中所起到的作用，使科學家更好地理解大氣揮發對氣候變化的影響。（詳情請看《國際太空》2013年第12期）

美國“火星大氣與揮發物演變”探測器進入火星軌道示意圖

其他活動

（1）“小行星重定向任務”

6月19日，NASA公布了“小行星重定向任務”（ARM）在推進概念設計和確定候選小行星方面取得的最新進展。在推進概念設計方面，NASA正在評估兩種捕捉方案，第一種是捕捉一顆完整小行星；第二種是從一顆大型小行星表面捕捉一塊巨石。兩種方案的目標直徑均不會超過10m，其中第二種方案更加復雜，但能驗證更多登陸火星所需的技術，費用會比第一種方案多出1億美元。在確定候選小行星方面，已確定了9個“有效候選者”，全部適用于捕捉一顆完整小行星的計劃。NASA將于2018年確定目標小行星，并于2019年發射機器人探測器去捕獲并拖至月球軌道，2020年之后派航天員登陸它。

12月17日，NASA說，美國小行星捕捉最終方案原計劃在2014年年底前公布，但由于方案的一些細節還需要更多時間進一步評估，所以預計最終方案將于2015年年初公布。NASA正在考慮3種不同的小行星，小行星2009 BD、2011 MD和2013 EC20都是第一種方案理想的選擇，而小行星貝努鳥和2008 EV5可能用于第二種方案。

（2）“卡西尼”工作10周年

6月30日，NASA舉行活動，慶祝“卡西尼”（Cassini）圍繞土星運行10周年。“卡西尼”在2004年抵達土星系時，其主要任務僅計劃持續4年。此后，它在這種極端環境下幸存下來，已經進行了3項擴展任務，實施了前所未有的科學研究。土星圍繞太陽公轉1周需要30年，“卡西尼”圍繞土星運行的時間已經相當于這個時長的1/3，觀測了土星正在進行的季節變化。

目前，“卡西尼”有十大發現：①把攜帶的“惠更斯”（Huygens）子探測器釋放到土衛六的表面，使其成為第一個在外太陽系一天體的衛星上著陸的探測器；②在土衛二上發現了活躍的冰羽噴射；③揭示土星環是活躍的、充滿動力的，稱得上是一個研究行星如何形成的實驗室；④揭示土衛六是一個最像地球的世界，那里有雨、河流、湖泊和海洋；⑤在2010－2011年間對土星北部的巨大風暴進行了研究；⑥無線電波的模式并不像以前認為的依賴于土星的內部旋轉；⑦首次拍到了土星環中的垂直結構；⑧對土衛六上的生命起源化學元素進行了研究；⑨解開了土衛八的雙重亮暗面之謎；⑩發現土星極區出現持續時間很長的六邊形噴射流和兩極出現的2個類似颶風的風暴。

“卡西尼”工作一直都很順利，從工程學立場而言，現在限制該探測器壽命的主要因素就是其燃料箱里還剩下多少推進劑。該任務的導航和操作組通過嫻熟、有效地操控，很好地延長了“卡西尼”的壽命。該任務將在2017年告一段落，屆時，“卡西尼”將沒有足夠的燃料用來供它繼續圍繞土星飛行。因此，為了避免它意外發生撞擊事故，并污染其中一顆衛星，美國將會促使其進入土星大氣層。在這個過程中，“卡西尼”將會被壓碎，并被摧毀。

（3）“新地平線”被喚醒

12月7日，美國“新地平線”冥王星探測器從休眠中被喚醒，并將開始執行探測冥王星的任務，第一次近距離觀察這顆遙遠的星球。

從現在開始，“新地平線”一直保持“清醒”狀態，地面團隊全面檢查了該探測器，測試了它在飛越冥王星時需用的各種電腦程序，以確保各種系統和科學儀器正常工作。它已從2015年1月15日起開始探測冥王星。（詳情請看《國際太空》2015年第3期）

2 歐洲“羅塞塔”首次釋放彗星著陸器

2014年，歐洲在空間探測領域創造了新的奇跡，首次釋放了世界上第1個彗星著陸器就成功著陸，并獲得重要科研成果。

完成“火星生物學”防熱罩研制

美國“新地平線”飛行器飛向柯伊伯帶探測示意圖（其左邊黑色圓柱體為核電源）

7月9日，歐洲空客防務與空間系統公司（E A D S）研制完成歐洲首次“火星生物學”（ExoMars）任務（2016年發射）用的2個防熱罩，它們的作用是在“斯基亞帕雷利”（Schiaparelli）艙穿過火星大氣下降的過程中為其提供保護。該艙的前防熱罩直徑為2.4m，質量為80kg，由覆蓋90片Norcoat liege防熱瓦的碳夾層結構組成。在進入大氣階段，該材料要承受超過1850℃的溫度。在質量僅20kg的后防熱罩中，包含一個下降段展開的降落傘，后防熱罩由固定在碳結構上的12種不同型號的93片防熱瓦構成。探測載荷集成在前防熱罩中，并在發射準備的最終組裝前完成后防熱罩的裝配。“斯基亞帕雷利”艙也被稱為“再入、下降與著陸演示器模塊”（EDM），它不僅用于演示歐洲在火星表面著陸的能力，還能通過其上的科學設備增進對火星的了解。在這類任務中，大氣再入段是至關重要的，2個防熱罩在本次驗證中起重要作用。歐洲首次“火星生物學”任務計劃于2016年1月利用“質子”火箭發射，任務中除了試驗用于火星著陸的“斯基亞帕雷利”艙外，還有環繞火星飛行的“跟蹤氣體軌道器”（TGO）。

“羅塞塔”探測彗星大放異彩

8月6日，飛行了10年多的歐洲“羅塞塔”彗星探測器進入67P彗星軌道。在經過2個月對67P彗星表面的繪圖，探測其引力、質量、形狀和大氣等。在挑選著陸地點后，11月12日，“羅塞塔”向67P彗星的彗核投放了其所攜帶的世界上第1個彗星著陸器“菲萊”。“羅塞塔”還首次實現了近距離繞彗星運行、首次伴彗星一起在接近太陽的過程中邊飛行邊觀測。

2014年8月－2015年底，“羅塞塔”會伴隨著67P彗星逐漸接近太陽，從而探測在太陽光的加熱作用下彗星生成的氣體和塵埃（即彗發），并對彗星的重力場、質量和外形等進行全面的探測。

12月15日，ESA公布了“羅塞塔”獲取的首幅67P彗星真色圖像。該彗星并不像科學家最初認為的那樣呈炭黑色，而是呈紅色。自“羅塞塔”任務實施以來，公眾看到的所有引人注目的彗星景象都由“羅塞塔”上的導航相機拍攝，此相機只能拍攝灰度照片。9月，“羅塞塔”上的紫外成像光譜儀（Alice）對彗星表面進行了測試，首次記錄下彗星表面的遠紫外光譜。在紫外波長下進行觀察時，這顆彗星的暗度異乎尋常，甚至超過炭黑色。用肉眼能看到的第一幅真色圖像是由“羅塞塔”上的光學分光與紅外遙感成像系統（OSIRIS）拍攝的，它是一個雙重成像系統，能夠在可見光、近紅外和近紫外條件下拍攝。ESA尚未證實圖像中的色彩是否真實。

12月，ESA還宣布，根據“羅塞塔”最新勘測結果顯示，地球水資源并非來自于彗星。之前，科學家曾認為地球40億年前水資源來自于彗星。“菲萊”勘測數據表明，該彗星的水比地球水“更重”，包含較多的重氫。所以有的科學家認為，地球上的水很可能來自小行星。

“羅塞塔”的研究成果及“菲萊”成功著陸彗星，被《科學》等多家權威媒體評為2014年十大科學成就。（詳情請看本期另文）

“金星快車”探測器燃料耗盡與地球失聯

12月，ESA宣布，由于“金星快車”（Venus Express）探測器燃料耗盡，所以無法繼續與地球聯絡。該探測器是在執行金星大氣層的研究中耗盡燃料的。除了“金星快車”之外，目前還沒有其他探測器圍繞金星運轉。該探測器研發工作耗時4年，造價3億歐元，2005年11月9日發射，2006年4月11日進入金星軌道。它攜帶有7種儀器，其主要任務是對神秘的金星大氣層進行更精確的探測，分析其化學成分。此外，探測器還就太陽風對金星大氣和磁場的影響進行分析，并觀測金星氣候變化。“金星快車”是ESA最成功的探測器之一，取得了巨大的成績，揭示出了金星的地質活動可能還很活躍。它原計劃設計壽命僅為2年，但實際繞飛金星工作8年。（詳情請看《國際太空》2014年第11期）

歐洲“菲萊”登陸后傳回的首張與彗星表面的“自拍”合照（用彗星核紅外與可見光分析儀拍攝）

3 印度成為首個探測火星的國家

9月24日，印度第一個火星探測器“曼加里安”成功進入火星軌道，從而成為繼蘇聯、美國和歐洲之后世界上第4個、亞洲第1個實現火星探測的國家。“曼加里安”的工程目標是：驗證火星探測器設計、規劃、管理和運行所需的各項技術，比如火星探測器所有階段的導航技術、火星探測器在出現意外情況時的自主運行能力、用于軌道和姿態計算與分析的力學模型和算法、從地球軌道到日心軌道再到火星軌道所需的軌道機動技術。其科學目標是：研究火星的氣候、地質、起源和演變以及火星上可維持生命的元素。（詳情請看《國際太空》2013年第11期）

4 我國成功回收繞月航天器

2014年，我國空間探測的突出成就是成功開展了探月工程三期再入返回飛行試驗。另外，嫦娥－3著陸器將在月面穩定工作1年。

嫦娥－3落月探測器轉入長期管理模式

1月15日20：00許，在北京航天飛行控制中心（簡稱飛控中心）精心組織下，嫦娥－3著陸器飛控工作從飛控大廳轉移到了長期管理機房，順利轉入長期管理模式。

從1月15日晚起，北京飛控中心飛管室開始實施對嫦娥－3長達1年的長期管理任務，嫦娥－3后續的“起居生活”、月面工作都由飛管室統一安排。嫦娥－3的長期管理工作主要包括三項：一是要監視嫦娥－3平臺各分系統的設備工況，使它始終保持良好的工作狀態；二是配合地面應用系統開展月面科學探測工作，主要包括月基光學望遠鏡巡天觀測、極紫外相機對地成像和月塵測量等；三是控制嫦娥－3按照月面晝夜變化，適時開展月晝喚醒和月夜休眠工作。由于受月面日照條件約束，嫦娥－3長期管理工作都是在晚上進行。

1月23日00：04許，玉兔號月球車與相距24m的嫦娥－3著陸器進行了首次通信，為未來深空探測和建立空間站等打好通信基礎。它們通過特高頻（UHF）通信鏈路傳遞信息，這是一種單向通信設備，即只能由玉兔號月球車給嫦娥－3著陸器發送信息，著陸器可以接收，然后轉發給地球上的接收站，但不能發信息給玉兔號。這使我國首次實現了地外天體表面的器間無線電通信。

到2014年底，嫦娥－3著陸器工作正常，但玉兔號月球車在進入第二個月夜休眠前出現了機構控制異常情況，只能停在原地進行就位探測，主要原因是對月球環境仍然缺乏了解。除了移動系統外，月球車所載的四大科學儀器運行正常。

嫦娥－3探測器在月面工作期間，開展了“觀天、看地、測月”的科學探測活動，獲得大量探測數據，取得了階段成果。

12月15日，嫦娥－3著陸器圓滿完成第13個月晝的全部預定工作，順利進入月夜休眠。截至12月14日21：14，嫦娥－3登陸月球已滿1年。1年來，北京飛控中心精心護航嫦娥－3，先后進行了13次月夜休眠和月晝喚醒，成功經受住歷次月夜極寒環境的考驗；分別于2014年4月5日和10月8日，安全度過2次月食；完成了30余次無線電測量試驗，地面科技人員通過數據處理分析獲取高精度觀測量，從而驗證了北京飛控中心深空干涉測量系統的性能。從12月15日起，嫦娥－3著陸器開始超期服役。

我國返回器采用半彈道跳躍式再入返回

探月工程三期再入返回飛行試驗獲得圓滿成功

10月24日，長征－3C改二型火箭發射，成功將返回試驗器送入太空。11月1日，試驗器的返回部分在內蒙古四子王旗預定區域順利著陸。這是我國航天器第一次在繞月飛行后再入返回地球，它的成功表明，我國已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回關鍵技術，為確保未來的嫦娥－5任務順利實施和探月工程持續推進奠定了堅實基礎。

（1）探路先鋒

2017年前后，我國將執行嫦娥－5月球采樣返回任務，即用返回艙把月球上的2kg樣品帶回地球進行精查。不過，與“神舟”飛船返回艙以大約7.9km/s的第一宇宙速度返回不同，未來的嫦娥－5返回器將以接近11.2km/s的第二宇宙速度返回再入大氣層。這項技術十分復雜，無法通過地面模擬得到充分驗證，所以是未來嫦娥－5月面采樣、月面上升、月球軌道交會對接、再入返回四大關鍵技術中最難的一項，風險很大。

為此，我國先發射試驗器探路。它先飛抵月球附近，接著，自動返回地球，最后采用半彈道跳躍式以接近第二宇宙速度再入大氣層，在內蒙古中部地區以傘降形式著陸。

我國返回器成功著陸在預定區域

通過試驗器的飛行試驗，我國驗證了跳躍式返回再入關鍵技術，獲取了月球探測高速再入返回地球的相關軌道設計、氣動、熱防護、制導導航與控制等關鍵技術數據，對此前的研究、分析、設計、制造等工作進行了檢驗。

（2）最佳組合

試驗器由服務艙和返回器兩部分組成，返回器安裝在服務艙上部。服務艙以嫦娥－2繞月探測器平臺為基礎進行適應性改進設計，具備留軌開展科研試驗功能；返回器為新研產品，具備返回著陸功能，與探月三期正式任務中返回器的狀態基本保持一致。

這次飛行任務驗證了探月三期的六項關鍵技術，大幅提升了我國對高速條件下高空稀薄大氣的氣動力、氣動熱、熱防護、制導導航與控制等技術機理的認識水平，提高高速再入、稀薄大氣條件下的數學模型、物理模型精度，積累高速近外層大氣飛行工程經驗，帶動了新材料的研制和航天裝備設計方法的創新。

（3）六步凱旋

試驗器采用繞月自由返回軌道，在經過發射段、地月轉移段、月球近旁轉向段、月地轉移段、返回再入段和回收著陸段6個階段后，在內蒙古四子王旗著陸。這次任務的完成實現了四大技術突破：高速的氣動力、氣動熱技術；高熱量、大熱流的熱防護技術；高精度、高動態的制導導航控制技術；長距離、大范圍的再入回收測控技術。

回收后，科研人員對返回器及此次再入返回飛行試驗獲得的數據進行了深入研究，為優化完善嫦娥－5任務設計提供技術支撐。（詳情請看《國際太空》2014年第11期）

（4）初步成果

此次飛行試驗獲取的數據主要通過外測和內測方式獲得，外測就是經過地面測控站測出的數據；內測是飛行器內部載入的一些傳感器所測量的數據。從返回器表面來看，一面呈現燒灼，一面基本正常，甚至還殘留一些白漆。能夠呈現目前的效果，主要是返回器表面采用了7種新材料。這在我國航天史上也是第一次，以前一般都是采用同一種材料。比如，在返回器的迎風面和背風面就采用不同材料。采用新的材料主要是為了減輕比重，把密度降低。

中國探月工程三期再入返回飛行器的服務器環繞地月L2點飛行示意圖

在這次飛行試驗過程中，主要獲取了三方面的數據：安全數據記錄器（黑匣子）存儲的數據；返回器防熱層測量數據；地面測控站對返回器直接測量和接收的數據。目前，獲得了以下初步結論：航程、開傘點位置精度和落點位置精度均滿足要求；飛行過程中，力學過載滿足要求；實際飛行氣動特性符合理論預期；回收系統工作正常，著陸速度符合設計預期；返回器燒蝕形貌符合預期；返回器內部溫度符合要求；返回器內部設備工作正常，落地后結構完整；獲取了全部飛行數據，內容完整、有效。總體來看，實現了全部飛行目標，全面突破和掌握了高速半彈道跳躍式再入返回技術。

這次任務實現了我國航天多個“首次”：火箭的精準入軌讓試驗器順利完成了首次8.4×105km地月往返；首次讓航天器從月球回到地球；首次采用“半彈道跳躍式再入”方式返回地球；首次突破了第二宇宙速度再入情況下的一些防熱技術（采用首個國產宇航級環路熱管來調節冷暖）；我國航天史上第一個采用多種材料設計的飛行器；首次驗證了在大范圍內的小目標搜索能力，因為試驗器的返回器體積只有“神舟”飛船返回艙的1/8；首次采用“8”字形的繞月自由返回軌道；首次應用了深空探測可視化系統；執行此次發射任務的運載火箭首次實現了我國現役運載火箭測量技術的升級換代；試驗器的服務艙首次開展拓展試驗。

首次再入返回飛行試驗的圓滿成功，為全面完成探月工程“繞、落、回”三步走戰略目標打下了堅實基礎，對我國月球及深空探測乃至航天事業的持續發展具有重大意義。

（5）拓展試驗

返回器安全準確著陸在預定著陸后，為了最大限度利用服務艙的能力，對嫦娥－5任務相關技術進行在軌試驗驗證，又用服務艙進一步開展了以下幾項拓展試驗：①地月拉格朗日－2點（簡稱地月L2點）軌道飛行試驗；②傾斜環月軌道近月制動飛行驗證；③月球軌道交會對接遠程導引飛行過程驗證；④環月圓軌道演化特性和軌道環境探測；⑤服務艙搭載設備在軌試驗。

在服務艙拓展試驗中，通過實施43°軌道傾角的多次近月制動，驗證嫦娥－5近月制動方案的合理性；通過服務艙模擬嫦娥－5月球軌道交會對接遠程導引變軌方案和飛行時序，驗證相關設計安排的正確性，同時獲取月球軌道交會對接環月軌道的測定軌精度，并對各系統協同配合及飛控實施流程進行演練；通過在高200km、傾角43°的環月圓軌道飛行，獲取該軌道演化特性和測定軌精度數據，為嫦娥－5環月飛行控制提供支持；通過對采樣區進行遙感探測，盡量獲取該區域及動力下降航跡區的地形地貌，以降低嫦娥－5著陸的風險。

服務艙上的設備有：GPS、GLONASS兼容導航接收機；雙分辨率相機；制導導航與控制中心控制單元；小型星敏感器；星敏防塵機構；技術試驗相機。服務艙在繞地月L2點飛行期間，開展了軌道設計、軌道控制策略以及測定軌支持的飛行試驗。

按照拓展試驗計劃時間表，服務艙與返回器分離后，經過2次軌道控制，返回到遠地點5.4×105km、近地點600km的大橢圓軌道，開展拓展試驗任務。11月9日和17日，服務艙先后完成繞地大橢圓軌道遠地點變軌控制和近地點變軌控制，繼續按照預定地月轉移軌道飛行。11月21日，實施了地月轉移軌道中途修正控制。11月23日，到達近月點，并實施月球借力軌道機動控制，飛向地月L2點。11月27日，服務艙進入環繞地月L2點的李薩如軌道，軌道振幅X軸2×104km，Y軸4×104km，Z軸3.5×104km，周期14天。11月28日，實施了地月L2點繞飛期間首次軌道維持控制，目前飛行正常。已開展關于地月L2點軌道設計、控制策略以及測定軌支持等方面的飛行試驗，為后續月球及深空探測任務積累經驗。2015年1月4日，服務艙在完成地月L2點拓展任務后實施逃逸機動，飛離地月L2點，1月11日飛回月球軌道，繼續為嫦娥－5開展在軌驗證試驗；2月、3月各開展一次月球軌道交會對接遠程導引試驗；4月對月成像，拍攝預設采樣著陸區形貌。之后，再視情況研究后續試驗或處置。

通過拓展試驗，有望獲得三項成果：獲取地月L2點轉移軌道、使命軌道的軌道特性與控制經驗，為嫦娥－5的軌道控制進行技術驗證；驗證交會對接方案中快速測定軌精度和遠程導引過程中多次機動飛向控制時序設計的正確性，為降低嫦娥－5的著陸風險和提高安全性提供支持；考核工程設備的在軌工作情況。此外，還可以利用雙分辨率相機對嫦娥－5采樣區開展觀測，盡可能獲取采樣區動力下降航跡區的地形地貌。

5 日本再發小行星采樣返回探測器

2014年，日本在空間探測領域的最大活動就是發射了隼鳥－2。

12月3日，H－2A火箭成功將隼鳥－2小行星探測器送入太空。該探測器將于2018年到達小行星1999JU3，2019年開始采樣，最終在2020年將樣本返回。

隼鳥－2的工程目標是：進一步驗證隼鳥－2所采用的新技術，提高其魯棒性、可靠性以及可應用性，使這些技術日臻成熟、完善；驗證利用轟擊裝置撞擊天體的技術。其科學目標是：調查C型小行星在物質科學方面的特性，進一步確認小行星1999JU3上含礦物質、水和有機物的情況，特別是要搞楚它們之間的相互作用；通過對小行星1999JU3的直接探測，調查其再集成過程、內部結構和地下物質等，為搞清小行星的形成過程提供第一手材料。

隼鳥－2仍采用此前發射的“隼鳥”探測器的平臺，但對天線、推力、姿控等進行了適應性改進，增加了推進劑，研制了轟擊裝置，改進了采樣器彈丸的設計，調整了有效載荷配置。它將采用自主式下達投放跳躍式機器人指令的方式，還增加了著陸器等。其離子發動機推力增強了25%，并可使用更長時間。其轟擊裝置可投擲金屬塊制造出人工凹陷，旨在采集表層以下的新鮮物質。

該探測器配備了多光譜可視攝像敏感器、近紅外分光器、中紅外攝像敏感器、激光高度計、采樣器、轟擊裝置、分離監控攝像敏感器7種儀器以及小型跳躍式機器人、小型著陸器。

在隼鳥－2于2018年6月進入小行星1999JU3軌道后，先對該小行星進行近距離詳細觀測。接著，向小行星表面投放跳躍式機器人和小型著陸器。然后，俯沖飛近小行星表面進行轟擊、拍攝和采樣。“隼鳥”只采集了10mg樣品，隼鳥－2擬采集100mg以上的物質。完成任務后，隼鳥－2于2019年12月飛離小行星1999JU3，2020年歲末返回地球。返回密封艙的著陸地點與隼鳥－1相同，仍為澳大利亞區域。據悉，日本還在規劃隼鳥－Mk2與ESA合作的計劃，它更大，預定將前往D型小行星。（詳情請看《國際太空》2014年第11期）

簡言之，2014年的世界空間探測活動精彩紛呈，它表明人類對宇宙的探索正全面而深入，各國對深空探測越來越重視，探測的次數和目標越來越多，探測的技術水平越來越高，參與探測的國家也越來越多，深空探測的前景十分廣闊。