20世紀80年代至今：如火如荼的深空探索

□ 楊宇光

20世紀80年代至今：如火如荼的深空探索

□ 楊宇光

▲ 新視野號探測器

▲ 羅塞塔探測器在接近探測目標時向其釋放菲萊登陸艙

從上世紀80年代中后期開始，人類的深空探索進入了一個嶄新的發(fā)展階段。除了推進技術由于化學火箭發(fā)動機比沖的限制沒有明顯的性能提高外，航天工程在測控與數據傳輸、傳感器、制導控制精度、能源系統(tǒng)、有效載荷等方面都有了長足的進步。從這一時期開始到現(xiàn)在，人類深空探測從深度到廣度均有不同程度的拓展，使得人類對自己所居住的太陽系家園有了全方位、多角度的認識。

彗星成為探測目標

在深空探測的早期，重點是太陽系的各大行星，對彗星的探測并不是重點。由于彗星處于偏心率極高的大橢圓軌道，長周期彗星的軌道周期甚至可以長達數千年，即便是哈雷彗星這樣的短周期彗星，其周期也達到76年。因此，彗星的早期發(fā)現(xiàn)本身就比較困難，規(guī)劃與實施與這些彗星的交會則難度更大。1985—1986年回歸的哈雷彗星，可以說是人類歷史上最為著名的彗星，蘇聯(lián)和歐空局分別發(fā)射了維加探測器和喬托號探測器，其中喬托號探測器對哈雷彗星的彗核進行了就近探測，接近到距離彗核僅596千米的地方，取得了豐富的成果。2005年美國宇航局發(fā)射的深度撞擊號，經過半年的飛行后與坦佩爾1號彗星交會，并釋放撞擊器撞擊該彗星的彗核，而深度撞擊號通過觀察撞擊器濺起的塵埃云，詳細分析了該彗星的物質組成，開創(chuàng)了小天體探測的新方式。歐空局主導的“羅塞塔/菲萊”任務，實現(xiàn)了對丘留莫夫-格拉西緬科彗星的環(huán)繞探測，雖然“菲萊”在著陸過程中出現(xiàn)問題，但整個任務還是非常成功的，特別是在2016年9月30日，“羅塞塔號”主動受控撞擊彗星表面，在下降過程中也獲得了豐富的探測數據。

▲ “喬托號”接近哈雷彗星

小行星探測各顯身手

除了對彗星的探測，世界各主要航天大國在小行星探測方面也各顯身手。日本的“隼鳥號”實現(xiàn)了人類歷史上第一次小行星采樣返回任務。美國“新千年計劃”的深空1號探測器實現(xiàn)了對小行星的飛越探測，更為重要的是第一次使用了高比沖的電推進系統(tǒng)，開創(chuàng)了電推進深空探測的先河。而黎明號探測器由于使用了強大的離子推進系統(tǒng)，使其有能力實現(xiàn)對谷神星和灶神星兩個天體的環(huán)繞探測。值得一提的是中國的嫦娥二號探測器，雖然其主任務是為探月設計的，但通過任務拓展，對圖塔提斯小行星進行了就近探測，為中國后續(xù)深空探測器的發(fā)展積累了經驗。

▲ 黎明號探測器

▲ 隼鳥號探測器的返回艙攜帶小行星樣本返回地面

行星探測成就巨大

在行星探測方面，美國的火星探路者、勇氣號、機遇號和好奇號火星車相繼成功登陸火星，在行星表面巡視探測方面成就巨大。但印度、歐洲等發(fā)射的火星探測器，僅能實現(xiàn)對火星的環(huán)繞探測，在火星表面著陸仍然只有美國成功。而麥哲倫號探測器通過承載先進的雷達獲得了金星濃密云層下的精確圖像，信使號探測器通過復雜的軌道轉移，在速度增量有限的條件下實現(xiàn)了進入水星軌道探測?！百だ蕴枴?、“卡西尼號”和“朱諾號”實現(xiàn)了對木星、土星這些外太陽系巨行星的環(huán)繞探測，所獲得的數據量遠非過去的飛掠式探測可比?！翱ㄎ髂崽枴边€釋放了歐空局制造的惠更斯號著陸器，成為第一個在土衛(wèi)六著陸的探測器，揭開了這顆存在著甲烷的海洋，有可能存在原始生命的天體神秘的面紗。為了不污染潛在孕育生命的環(huán)境，“卡西尼號”將主動隕落到土星表面。

2006年發(fā)射的新視野號探測器，成為人類歷史上飛得最快的探測器，這主要是為了能夠趕上寶貴的木星引力加速窗口，縮短到達遙遠的冥王星的時間。盡管這顆神秘的行星被從太陽系的九大行星中除名，降級為矮行星，但作為柯伊伯帶最重的天體，對它的探測仍然具有不可替代的科學價值。雖然受到探測器規(guī)模的限制，“新視野號”僅能進行飛掠式探測，但依舊獲得了前所未有的成功，完全刷新了人類對這顆遙遠天體的認知。由于距離達數十億千米，幾天時間飛越過程獲得的探測數據需要近一年時間才能發(fā)送回地球。

對太陽的全方位探測

在所有這些探測器中，尤利西斯號太陽極區(qū)探測器是一次特點非常突出的任務，它是人類歷史上第一個遠離太陽系平面的飛行器。由于將飛行器的速度方向改變到垂直于自己的軌道面方向非常困難，“尤利西斯號”也是利用了木星的巨大引力做到這一點，可以說是利用其引力彈弓效應“甩”出太陽系平面的，從而獲得了以前任何天文望遠鏡和探測器都無法達到的視角，實現(xiàn)了人類對太陽的全方位探測。

回顧從上世紀80年代至今，人類深空探測第二階段的各個項目，是在之前深空探測已經取得了很多重要的太陽系天體基本參數，且航天領域各方面技術有了長足進步的情況下開展的。大多數任務都具有載荷種類和功能豐富、項目效費比高等突出特點，是在太空競賽之后人類更加注重科研活動的實效這一大背景下進行的，目前還有很多任務正在有序地進行中，將為人類深入了解太陽系作出更大的貢獻?！?/p>