2015年　全球空間探測發(fā)展回顧

盧波 （北京空間科技信息研究所）

?

2015年全球空間探測發(fā)展回顧

2015 Year in Review：Global Space Exploration

盧波 （北京空間科技信息研究所）

2015年，全球空間探測活動穩(wěn)步推進，特別是美國對太陽系矮行星、小行星的探測實現(xiàn)新的技術(shù)突破。2015年7月14日，美國航空航天局（NASA）“新視野”（New Horizons）探測器成功飛越冥王星，成為太陽系探索的里程碑事件，首次獲得了迄今最清晰的冥王星圖像。而在3月6日，NASA的“黎明”（Dawn）探測器成功進入谷神星（Ceres）環(huán)繞軌道，成為世界首個環(huán)繞2個獨立天體的探測器。

2015年9月28日，NASA宣布在火星表面發(fā)現(xiàn)有液態(tài)水活動的強有力證據(jù)，這一科學(xué)發(fā)現(xiàn)將對人類未來的太陽系探索、載人探索和地外生命搜尋產(chǎn)生重要影響。

2015年12月3日，歐洲航天局（ESA）成功發(fā)射“激光干涉儀空間天線探路者”（LISA Pathfinder，簡稱“LISA探路者”），是首次在空間軌道對觀測引力波所需技術(shù)進行測試，有望為未來引力波的空間觀測提供精確技術(shù)。

2015年12月7日，日本“拂曉”（Akatsuki）金星探測器成功“復(fù)活”，通過輔助推力器點火制動進入環(huán)繞金星的大橢圓軌道，使日本成為世界第4個成功實施金星探測的國家?！胺鲿浴边€成為目前唯一在軌的金星探測器。

2015年12月17日，中國成功將其首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空。該任務(wù)標(biāo)志著中國空間科學(xué)研究邁出了重要一步，其探測成果可能帶來人類基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域的重大突破。

截至2015年12月底，美國、俄羅斯、歐洲、日本、中國、印度等國家和組織先后發(fā)射了237個空間探測器，實現(xiàn)了對太陽系八大行星的探訪。目前，全球有29個空間探測器在軌飛行或在星體表面工作。

1 2015年空間探測成果概述

美國“新視野”探測器近距離飛越冥王星

2015年7月14日，美國“新視野”歷經(jīng)9年多、4.8×109km的深空飛行，首次近距離飛越了位于柯伊伯帶的冥王星，最近距離約12472km，從而完成了太陽系除地球外原八大行星的探測，標(biāo)志著人類行星際觀測第一階段任務(wù)的完成。此次飛越是人類探索太陽系的里程碑，首次傳回了冥王星的高清圖片，發(fā)現(xiàn)了冥王星北極的冰冠，較為精確地測量了冥王星的直徑，并揭示了冥王星富氮大氣的高度。2015年8月，NASA確定了“新視野”的下一個探測目標(biāo)，即太陽系柯伊伯帶小天體2014MU69，預(yù)計將于2019年1月抵達該天體?！靶乱曇啊蹦壳熬嗟厍?.9×109km，探測數(shù)據(jù)的傳回預(yù)計需要1年才能完成，屆時將獲得更全面的冥王星特征信息，揭示太陽系更多奧秘。

（詳情請看本刊2015年第8期）

美國“黎明”探測器進入谷神星環(huán)繞軌道

2015年3月6日20：39：00，美國“黎明”小行星探測器成功抵達谷神星，在距離谷神星6.1×104km處被其引力捕獲，成功進入繞谷神星運行的軌道。在2011年7月，該探測器先進入灶神星（Vesta）環(huán)繞軌道進行了1年的探測，2012年9月飛離灶神星。因此，“黎明”成為世界首個環(huán)繞探測2個獨立天體的探測器、首個探測矮行星的探測器和首個探測谷神星的探測器。谷神星原是主帶小行星中最大的天體，直徑約1020km，國際天文學(xué)聯(lián)合會（IAU）在2006年8月將其升格為矮行星。“黎明”探測器首次實現(xiàn)了對谷神星的高分辨率觀測，觀測到其表面存在活躍冰層，證實了以前分析的其內(nèi)部存在大量冰的結(jié)論。（詳情請看本刊2015年第3期）

各國實施的空間探測任務(wù)次數(shù)1）

歐洲成功發(fā)射“LISA探路者”

2015年12月3日，ESA成功發(fā)射“LISA探路者”，運行在距離地球1.5×106km的日地格朗日L1點附近的利薩如（Lissajous）軌道，任務(wù)目標(biāo)是為在空間探測引力波測試相關(guān)技術(shù)，歐洲科學(xué)家將再次向宇宙引力波的探測發(fā)起挑戰(zhàn)，可謂是空間天文學(xué)領(lǐng)域的重要事件。目前，世界發(fā)達國家都在推進引力波的探測，美國、意大利、法國和日本等多個國家都建立了千米級的地面激光干涉儀引力波探測設(shè)施。但地面引力波探測設(shè)施由于受到各類噪聲的干擾，迄今為止人類還沒有直接探測到引力波。如果將激光干涉儀分開部署在空間中，則可以極大地增加干涉儀的距離，并且減少受到的干擾，可獲得比地面引力波探測儀好得多的效果。（詳情請看本刊2015年第12期）

歐洲“LISA探路者”探測器構(gòu)想圖

日本“拂曉”金星探測器成功“復(fù)活”

2015年，日本在金星探測領(lǐng)域取得突破，成功實現(xiàn)了金星環(huán)繞探測，成為世界第4個實施金星探測的國家，而之前只有美國、俄羅斯和歐洲成功實施了金星探測。12月7日，已在空間飛行5年的日本“拂曉”通過輔助推力器點火制動，成功進入440000km×400km的大橢圓金星環(huán)繞軌道。目前，探測器在軌運行狀態(tài)良好，已發(fā)回多幅金星圖像，并計劃于2016年4月正式開始科學(xué)探測操作?！胺鲿浴边@次成功入軌，使它成為目前唯一環(huán)繞金星運行的探測器。（詳情請看本刊2016年第1期）

日本“拂曉”金星探測器

中國成功發(fā)射首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星

2015年12月17日，中國成功將其首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道。該任務(wù)標(biāo)志著中國空間科學(xué)研究邁出重要一步。

“悟空”是中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項中首批立項研制的4顆科學(xué)實驗衛(wèi)星之一。衛(wèi)星有效載荷質(zhì)量1410kg，星上裝載的暗物質(zhì)粒子探測儀器將在太空中開展高能電子及高能γ射線探測任務(wù)，探尋暗物質(zhì)存在的證據(jù)，研究暗物質(zhì)特性與空間分布規(guī)律，是目前世界上觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星。暗物質(zhì)和暗能量被科學(xué)家們稱為“籠罩在21世紀(jì)物理學(xué)上的兩朵烏云”。暗物質(zhì)粒子探測是目前國際科學(xué)前沿競爭最為激烈的研究領(lǐng)域，目前，中國和世界各國已著手籌建或?qū)嵤┒鄠€暗物質(zhì)探測實驗項目，其成果可能帶來人類基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域的重大突破。（詳情請看本刊2016年第1期）

NASA發(fā)現(xiàn)火星表面有液態(tài)水活動的強有力證據(jù)

2015年，除了新發(fā)射的空間探測器，世界主要航天國家在軌飛行的探測器也獲得了許多重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。其中最引人矚目的就是，NASA在9月28日宣布在火星表面發(fā)現(xiàn)有液態(tài)水活動的強有力證據(jù)，這一發(fā)現(xiàn)將對人類未來的太陽系探索和地外生命搜尋產(chǎn)生重要影響。NASA根據(jù)目前在軌運行的“火星勘測軌道器”（LRO）獲得的光譜學(xué)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)火星表面的“奇特溝壑”很可能是高濃度咸水流經(jīng)所產(chǎn)生的痕跡，意味著火星表面很可能有液態(tài)水活動。早在2011年，“火星勘測軌道器”就在火星火山口附近的斜坡上發(fā)現(xiàn)了深色條紋，它會隨季節(jié)變化，夏季變窄，冬季變寬，符合液態(tài)水的變化規(guī)律，稱為“季節(jié)性斜坡紋線”。這一發(fā)現(xiàn)意味著火星探測研究又向前推進了一大步，無論是對于尋找火星上的生命，還是未來的載人火星任務(wù)，都將產(chǎn)生重要影響。

美國“火星勘測軌道器”在軌飛行示意圖

火星上的賈尼（Garni）隕坑坑壁上的季節(jié)性坡紋

其他太陽系探索任務(wù)的新發(fā)現(xiàn)

對月球及其他天體的探測和科學(xué)研究也取得了多項進展。2015年8月，科學(xué)家通過對NASA“月球大氣與塵埃環(huán)境探測器”（LADEE）傳回探測數(shù)據(jù)的分析，證實月球稀薄的大氣外逸層中含氖、氦、氬等元素。數(shù)十年來，科學(xué)家一直推測月球大氣中含有氖，“月球大氣與塵埃環(huán)境探測器”數(shù)據(jù)首次證實了氖的存在。嫦娥－3著陸器2013年12月著陸在月球雨海北部地區(qū)，2015年3月《科學(xué)》雜志發(fā)表了科學(xué)家對嫦娥－3著陸器和“玉兔”月球車探測數(shù)據(jù)的分析成果，發(fā)現(xiàn)著陸區(qū)表面以下至少分為9層結(jié)構(gòu)，表明有多個地質(zhì)過程發(fā)生，月球地質(zhì)史要比人們此前認(rèn)為的更為復(fù)雜。

2015年10月，歐洲“羅塞塔”（Rosetta）彗星探測器的科學(xué)團隊宣布在67彗星噴出的氣體中識別出氧分子成分，這一發(fā)現(xiàn)很容易讓人們聯(lián)想到生命存在的環(huán)境，盡管彗星存在生命的可能性很低。

目前，在軌的“卡西尼-惠更斯”（Cassini-Huygens）土星探測器也在2015年10月成功從土衛(wèi)二噴泉中穿過，并對其中的物質(zhì)成分進行了取樣分析，盡管成果尚未發(fā)表，預(yù)計將獲得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。11月，NASA宣布“卡西尼”探測器在土衛(wèi)六南極上空探測到一個巨大冰云，該發(fā)現(xiàn)暗示土衛(wèi)六的南極會更冷?！翱ㄎ髂帷庇?997年10月15日發(fā)射，是美歐合作的土星探測任務(wù)，2004年7月“卡西尼”探測器進入土星軌道，已在軌飛行11年多，預(yù)計探測任務(wù)可持續(xù)到2017年，將發(fā)回更多關(guān)于土星的信息。

2 空間探測未來規(guī)劃

空間探測面向太陽系和宇宙空間，能夠推進航天技術(shù)向更高水平發(fā)展，成為主要航天國家競相發(fā)展的重要航天領(lǐng)域。目前，人類空間探測活動進入空前活躍的新發(fā)展時期。

火星表面發(fā)現(xiàn)有液態(tài)水

2015年10月，美國發(fā)布了《火星之路—開啟太空探索新旅程》戰(zhàn)略報告，規(guī)劃了美國未來深空探索的發(fā)展路徑和“三步走”戰(zhàn)略，即依賴地球階段、地月空間試驗場階段和不依賴地球階段，不斷開拓集科學(xué)探索、技術(shù)研發(fā)、能力驗證和載人飛行為一體的深空探索能力，持續(xù)拓展人類在太陽系的活動疆域和生存范圍。NASA通過該報告規(guī)劃了在21世紀(jì)30年代末實現(xiàn)載人登陸火星的遠(yuǎn)期目標(biāo)，即未來20年NASA將建立以低地球軌道為起點，集“國際空間站”應(yīng)用、載人登月、小行星重定向、機器人火星探測和載人登陸火星多條路徑的靈活、彈性的漸進式一體化架構(gòu)。該戰(zhàn)略規(guī)劃將地月空間、月球軌道、月球表面和小行星任務(wù)等作為未來載人火星任務(wù)的必要階段和技術(shù)試驗場。

2015年11月，美國總統(tǒng)奧巴馬簽署通過了《2015年美國商業(yè)太空競爭法案》，允許商業(yè)公司開采宇宙礦物質(zhì)和其他物質(zhì)，包括來自小行星和月球上的資源。該法案的簽署意味著商業(yè)化的空間探測將迅速成長。目前，國外已有多家公司表示未來將勘探和開發(fā)月球。例如，美國比格羅航天公司（Bigelow Aerospace）在2015年宣布，將于2025年前后在月球表面建立多個基地點，通過鉆探機器人進行月球資源勘探。

除美國外，俄羅斯、歐洲和日本也表現(xiàn)出對月球及其資源的高度重視。2015年4月，俄羅斯聯(lián)邦航天局（Roskosmos）局長卡馬洛夫表示，俄羅斯將加大航天發(fā)展力度，并將月球探測列入未來10年重點發(fā)展方向；2015年6月，ESA新任局長沃爾納宣布，歐洲計劃2018年向月球極區(qū)發(fā)射著陸器，并計劃利用3D打印技術(shù)最早于2024年開始在月球南極沙克爾頓（Shackleton）隕坑打造月球基地；日本也在4月宣布，2018年將發(fā)射小型月球著陸器，驗證百米級的精確著陸技術(shù)，以用于未來的月球環(huán)境探測和資源勘探。