2018年國外空間探測發展綜述

盧波（北京空間科技信息研究所）

世界空間探測活動經歷半個世紀的發展，已步入穩步和快速發展階段。2018年主要航天國家在空間探測技術和科學發現方面繼續取得新的突破和成就，全球實施了4次新的空間探測任務，2次任務取得新成果，另有2個空間探測器結束使命。

截至2018年年底，美國、蘇聯/俄羅斯、歐洲、日本、中國、印度等國家和組織先后發射實施了250次空間探測任務。不考慮搭載任務，目前全球在軌工作或飛行途中的探測任務共有32次（包括34個探測器），其中火星探測器9個，月球探測器7個，小行星探測器2個，金星探測器1個，水星探測器1個，木星探測器1個，冥王星探測器1個，太陽探測器6個，星際探測器2個，深空技術試驗器1個以及地球以遠空間科學望遠鏡3個。按所屬國家劃分，分別是美國21個，歐洲5個，日本3個，中國4個，印度1個。

世界各國家和組織實施的空間探測任務次數

美國成功發射“洞察”火星著陸器

“洞察”（InSight）火星著陸器是美國國家航空航天局（NASA）的新型深度鉆巖著陸器，于2018年5月5日在美國西海岸加利福尼亞州的范登堡空軍基地搭乘宇宙神－5（Atlas－5）運載火箭發射升空。該任務將首次鉆探火星表面以下5m深處，對火星內部結構進行深入研究，包括火星地殼、地幔和地核。

隨“洞察”著陸器一起發射的還有2顆立方體衛星—火星立方－1（MarCO－1），首次利用立方體衛星進行了深空中繼通信能力驗證。這2顆立方體衛星在飛掠火星完成中繼測試任務后，將繼續飛入深空。這次試驗任務將是立方體衛星向深空發展進程中的重要一步。

“洞察”經歷6個月的巡航飛行，于11月27日抵達火星并成功著陸在火星赤道以北的埃律西昂平原（Elysium Planitia）。著陸器的進入、下降與著陸過程持續6.5min，采用防熱罩、降落傘和反推火箭等綜合手段來降低下降速度。“洞察”探測器的主任務期約為1個火星年（約2個地球年），即728個地球日。

MarCO－1成功為“洞察”著陸器的進入、下降與著陸提供了實時通信中繼，驗證了立方體衛星在深空探測任務中的可行性，為立方體衛星在未來深空任務中的應用開辟了新機遇。MarCO－A在飛越火星的過程中還進行了火星大氣的測量；MarCO－B在“洞察”著陸后不久傳回了拍攝的火星圖像。

為提升公眾對空間探索的關注，NASA還通過網絡在世界范圍為“洞察”征集了公眾簽名活動，將全球240多萬人的名字刻在硅質薄片上，其中包括中國26萬人的名字，隨“洞察”一起飛往火星。

美國成功發射“帕克太陽探測器”

NASA“洞察”火星著陸器

NASA“帕克太陽探測器”示意圖

2018年8月12日，NASA采用德爾他－4H（Delta－4H）重型運載火箭成功發射了“帕克太陽探測器”（Parker Solar Probe）。該探測器是世界首個飛進太陽日冕進行探測的航天器，任務目的是深入研究日冕和太陽風，并對可能影響人類日常生活的太陽風暴和空間天氣進行預警。“帕克太陽探測器”將于2024年12月最終抵達距離太陽6.0×106km處，是迄今為止人造航天器最接近太陽的地方，將獲得比以往太陽探測任務更清晰、更全面的成果，進而揭示日冕的能量和熱量的流動機制，探索太陽風加速的原因。

“帕克太陽探測器”將在近7年的時間里利用7次金星借力飛行逐漸縮小環繞太陽的橢圓軌道，將近日點從35Rs（Rs為太陽半徑）逐漸減小到約9.5Rs，最后抵達距離太陽約6.0×106km處。探測器的最終軌道為（5.9×106）km×（1.1×108）km的大橢圓軌道，相對于黃道面的軌道傾角為3.4°，軌道周期為88天。

在“帕克太陽探測器”之前，人類有史以來發射的距離太陽最近的探測器是1976年德國和美國合作發射太陽神－B（Helios－B）探測器，近日點為0.29AU，而“帕克太陽探測器”與太陽的距離則為太陽神－B與太陽的距離的1/7。因此，“帕克太陽探測器”將獲得比以往太陽探測任務更清晰和更全面的探測成果。

“貝皮-科倫布”探測器組合體的飛行狀態

歐日合作成功發射 “貝皮-科倫坡”水星探測器

“貝皮-科倫布”（Bepi-Colombo）是ESA與日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）合作實施的水星探測任務，于2018年10月19日（北京時間10月20日09：45）搭乘阿里安－5ECA（Ariane－5ECA）運載火箭在法屬圭亞那庫魯發射場發射升空。這是人類第三次探測水星，是首次采用2個軌道器組成的編隊對水星展開探測，也是歐洲和日本首次嘗試對距離太陽最近、溫度極高的水星進行環繞探測。“貝皮-科倫布”預計將于2025年底飛抵水星，將對水星環境進行全面觀測，尋找水星上的撞擊坑，探測水星的大氣、磁層、表面和內部結構，研究水星的起源和演化，并驗證愛因斯坦廣義相對論。

“貝皮-科倫布”探測器由“水星行星軌道器”（MPO）、“水星磁層軌道器”（MMO）、“水星轉移模塊”（MTM）和“MMO遮光罩及連接機構”（MOSIF）等四部分構成。其中，ESA負責研制“水星行星軌道器”、“水星轉移模塊”和“MMO遮光罩及連接機構”；JAXA負責研制“水星磁層軌道器”。

探測器組合體預計在2025年12月進入遠水點為1.78×105km的繞水星大橢圓軌道，“太陽能電推進模塊”先從“水星轉移模塊”分離出去，之后，啟動化學推力器降低軌道高度，使探測器組合體進入400km×12000km的環繞水星大橢圓軌道，“水星磁層軌道器”與組合體分離，獨立運行在該軌道上。之后，再啟動化學推力器，使余下的組合體進一步降低軌道高度，進入400km×1500km的水星極軌道。此時“水星行星軌道器”與“水星轉移模塊”分離，獨立運行在400km×1500km、傾角90°的環繞水星極軌道上。

目前，“貝皮-科倫布”探測器組合體飛行正常，在飛往水星的7.2年時間里將經歷1次地球飛越、2次金星飛越和6次水星飛越，飛行大約9.0×109km的距離，預計2025年12月5日進入環繞水星軌道，此后將開始為期1年的主觀測任務。“貝皮-科倫布”任務將通過2個軌道器的編隊探測，首次實現對水星的最全面覆蓋觀測。

中國成功向月球發射2個探測器

由于嫦娥－4（Chang’e－4）在月球背面著陸，對地球不可見，需要通過中繼衛星實現著陸器與地面的通信聯系，以完成地面測控和科學數據傳輸。

2018年5月21日，承擔嫦娥－4通信中繼任務的“鵲橋”（Queqiao）由中國長征－4C運載火箭從西昌衛星發射中心發射升空。6月14日，“鵲橋”飛抵距離月球約6.5×104km的地月拉格朗日L2點附近，進入環繞L2點的Halo軌道。“鵲橋”是世界首顆運行于地月拉格朗日L2點的通信衛星。

“鵲橋”為降落在月球背面的著陸器與巡視器進行通信中繼的示意圖

玉兔－2巡視器全景相機對嫦娥－4著陸器成像

嫦娥－4著陸器地形地貌相機對玉兔－2巡視器成像

2018年12月8日，嫦娥－4由長征－3B運載火箭在西昌衛星發射中心發射成功。

嫦娥－4于2019年1月3日成功著陸在月球背面馮·卡門撞擊坑內，攜帶的玉兔－2巡視器也在當天與著陸器成功分離，順利駛抵月背表面。目前，著陸器和玉兔－2已完成互拍成像，下一步將開展對月球背面著陸點周圍環境的進一步探測。

日本隼鳥－2探測器在龍宮小行星表面成功部署小型著陸器

2018年10月3日，日本隼鳥－2（Hayabusa－2）小行星探測器在距離龍宮（Ryugu，即1999JU3）小行星表面51m處，成功將“吉祥物”（MASCOT）小型著陸器投放到龍宮小行星表面。

隼鳥－2是日本第二次小行星采樣返回任務，任務目的是對龍宮小行星進行探測和采樣，并攜帶樣品返回地球。隼鳥－2于2014年12月3日搭乘H－2A運載火箭從種子島空間中心發射。經過3年半的飛行，于2018年6月底進入繞龍宮小行星運行的軌道。

美國“奧西里斯-雷克斯”探測器成功進入環繞貝努小行星的軌道

2018年12月31日，美國NASA于2016年發射的“奧西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex）小行星探測器成功進入環繞貝努（Bennu）小行星的軌道，距離該小行星中心約1.75km，創造了記錄，此前尚無航天器如此近距離環繞這種小天體。貝努小行星直徑僅500m，是人類航天器迄今在軌繞行的最小天體。

進入環繞貝努小行星軌道后，探測器將進行多次降軌機動，對貝努小行星進行1年半左右的詳細測繪和采樣點考察。2020年7月，探測器將根據科學團隊確定的采樣地點，進行下降和接近小行星表面的一系列操作，但并不著陸，而是利用TAGSAM機構的機械臂采集約60g的小行星樣品。

完成采樣后，探測器計劃于2021年3月開始返回地球的旅程，預計于2023年9月到達地球。

美國“開普勒”空間望遠鏡因燃料耗盡結束使命

2018年10月30日，美國NASA宣布其2009年發射的“開普勒”（Kepler）空間望遠鏡因燃料耗盡結束任務使命。“開普勒”望遠鏡的設計軌道壽命為4年，實際在軌運行了9年多。

Hayabusa－2抵達龍宮小行星

“開普勒”空間望遠鏡在軌飛行示意圖

“開普勒”空間望遠鏡是NASA于2009年3月7日用德爾他－2型運載火箭發射的天文觀測空間望遠鏡，進入環繞太陽的日心軌道，是世界首個用于搜尋太陽系外類地行星的空間探測器。

在“開普勒”任務之前，人們只發現了大約80顆系外行星。截至2018年底，人類已確認發現了約3800顆系外行星，其中有2662顆是“開普勒”發現的，約占被發現類地行星總數的70%。“開普勒”的觀測結果使我們可以將太陽系同銀河系的其他行星系統進行聯合比較研究。

美國“黎明”小行星探測器因燃料耗盡結束使命

2018年11月1日，美國NASA宣布其2007年發射的“黎明”（Dawn）小行星探測器因燃料耗盡結束任務使命。“黎明”是首個進入主帶小行星軌道的探測器和首個環繞探測2個獨立天體的探測器。

“黎明”探測器是NASA于2007年9月27日采用德爾他－2運載火箭發射的小行星探測器。任務目標是探測太陽系2顆最大的小行星灶神星（Vesta）和谷神星（Ceres），考察這2顆小行星的內部結構并進行對比研究，以確定小行星演化歷史及水在演化過程中的作用，并最終揭示太陽系形成初期時的條件和過程。

“黎明”探測器是首次對灶神星和谷神星進行全面的探測，獲得的數據資料對研究太陽系起源和演變、類地行星的形成過程等都具有重要科學意義。