2018年空間科學熱點回眸

吳季 楊帆 張鳳 范唯唯 韓淋 王海名

空間科學以航天器為主要工作平臺，研究發(fā)生在日地空間、太陽系乃至整個宇宙空間的物理、化學及生命等自然現(xiàn)象及其規(guī)律?？臻g科學不但是實現(xiàn)原始科學創(chuàng)新的重要領域，也是國家和政府在有組織、定向的重大基礎研究方面的主要抓手之一。2018年，美國推出新版《國家航天戰(zhàn)略》，修訂美國國家航空航天局戰(zhàn)略規(guī)劃，擬定國家空間探索行動計劃，大力加強近地軌道空間、月球軌道和月表、火星及以遠任務規(guī)劃與部署。歐洲、俄羅斯、日本持續(xù)推進各自的空間計劃，兼顧自主發(fā)展與國際合作。全球探索路線圖著力凝聚世界各國共識，為通過國際合作開展載人空間探索創(chuàng)造最大可能和可行路徑。2018年，空間科學取得重要突破，例如“蓋亞”精確揭示銀河系恒星群體構成和恒星運動細節(jié)、“費米伽馬射線空間望遠鏡”幫助確定一顆銀河系外高能中微子來源于一個遙遠星系中的超大質(zhì)量黑洞、兩種測量方法測得的哈勃常數(shù)的顯著差異可能蘊含新物理學解釋、多項小行星任務取得里程碑式進展、人造物體再度進入星際空間等，揭示宏觀宇宙和微觀物理世界的前沿奧秘。有望創(chuàng)造人類最近距離觀測太陽和飛行速度紀錄的“帕克號”太陽探測器、人類首個月球背面探測器“嫦娥四號”、人類第3個水星任務 BepiColombo探測器等成功發(fā)射，為未來取得重大突破提供新的可能。

1 2018年空間科學研究進展

1.1 “蓋亞”繪制最新銀河系地圖

2018年4月25日，“蓋亞”空間望遠鏡（Gaia）發(fā)布第2批觀測數(shù)據(jù)集，利用 22個月（2014年7月25日—2016年5月23日）的測量數(shù)據(jù)繪制出最新銀河系地圖，揭示更多關于銀河系的細節(jié)。Gaia數(shù)據(jù)處理和分析團隊負責人 Anthony Brown被評為《Nature》年度十大人物之一。

Gaia第一批觀測數(shù)據(jù)集于2016年發(fā)布，精確測量了 200萬顆恒星的距離和徑向速度。2018年發(fā)布的第2批觀測數(shù)據(jù)集包括對17億顆恒星位置的高精度測量結果，以及其中13億顆恒星的視差、速度和運動方向，揭示出銀河系恒星群體構成和恒星運動細節(jié)，有助于研究銀河系的形成和演變。此外，Gaia還對太陽系內(nèi) 1.4萬多個小行星的位置和運行軌道進行了追蹤。Gaia于2013年12月19日發(fā)射，設計壽命為5年，將于2019年中期停止運行。Gaia最終版數(shù)據(jù)集將于2020年后發(fā)布，這將是最具權威的恒星編目，有望在天文學領域發(fā)揮關鍵作用。

1.2 科學家首次確定銀河系外高能中微子源

2018年7月12日，科學家利用美國國家航空航天局（NASA）費米伽馬射線空間望遠鏡（FGST），首次發(fā)現(xiàn)銀河系外的一顆高能中微子來源于一個遙遠星系中的超大質(zhì)量黑洞。

這顆中微子最早是由一個國際團隊在2017年利用美國國家科學基金會的冰立方中微子天文臺發(fā)現(xiàn)的，其超高能量暗示它來自太陽系之外。在被探測到之前，這顆中微子幾乎以光速行進了37億年，這一距離比科學家能夠確認來源的其他中微子都遠。通過追蹤獵戶座中來自一個遙遠的超大質(zhì)量黑洞的伽馬射線爆發(fā)，F(xiàn)GST最終確定了該中微子的來源。地基大氣伽馬射線成像切倫科夫望遠鏡以及伽瑪射線暴任務“雨燕”衛(wèi)星和許多其他設施也針對此次發(fā)現(xiàn)開展了重要的后繼觀測，并獲得更多探測數(shù)據(jù)。中微子觀測提供了關于宇宙中最極端環(huán)境的新信息，這項突破性進展將為認識宇宙提供除電磁輻射、引力波之外的第 3種方法，推動“多信使天文學”進入一個新的時代。

1.3 基于造父變星標準獲得最新哈勃常數(shù)

2018年7月，天文學家利用“哈勃”空間望遠鏡和“蓋亞”空間望遠鏡對造父變星的最新觀測數(shù)據(jù)測得哈勃常數(shù)為 73.5 km/（s·Mpc）（Mpc表示百萬秒差距，約為 300萬光年），即每增加 300萬光年的距離（或每過 300萬年），星系遠離地球的速度增加73.5 km/s，這一結果進一步加劇了臨近宇宙與更遙遠的原始宇宙之間哈勃常數(shù)的不匹配。研究團隊未來的目標是在21世紀20年代初期將哈勃常數(shù)的不確定度降低至1%的水平。

利用新的測量方法測得的哈勃常數(shù)與根據(jù)“普朗克”探測器 2013年發(fā)布的宇宙微波背景輻射數(shù)據(jù)推算出的哈勃常數(shù)67 km/（s·Mpc）的差值已經(jīng)是兩種方法測得值不確定度總和的 4倍。新物理學可能暗藏在這一差異中，可能的解釋包括暗物質(zhì)相互作用的強度，暗能量可能比以前想象的更加異乎尋常，或者是宇宙中存在未知的新粒子。

1.4 開普勒望遠鏡結束輝煌探測歷史

2018年10月30日，NASA宣布開普勒望遠鏡（Kepler）因燃料耗盡而無法繼續(xù)開展工作，結束了近10年的天文觀測任務。Kepler包括主任務和Kepler-K2兩個任務，任務期間對 53.0506萬顆恒星開展了觀測，共確認了2662顆系外行星，觀測到了處于爆發(fā)最初始階段的 61顆超新星，傳回的科學觀測數(shù)據(jù)達 678 GB，截至 2018年10月24日相關研究人員發(fā)表了科學論文2946篇。

開普勒望遠鏡帶領人類進入系外行星觀測的黃金時代，其代表性成果包括：（1）證明銀河系中行星的數(shù)量超過恒星，徹底改變了對人類在宇宙中所處位置的理解；（2）發(fā)現(xiàn)星空中20%～50%的恒星可能擁有較小的巖質(zhì)行星，這些行星位于恒星的宜居帶，因此在星球的表面可能存在液態(tài)水；（3）發(fā)現(xiàn)多種類型的系外行星，最常見的系外行星大小介于地球和海王星之間；（4）發(fā)現(xiàn)多種類型的行星系統(tǒng)，通過機器學習技術新發(fā)現(xiàn)的一顆行星屬于Kepler-90系統(tǒng)，使Kepler-90系統(tǒng)的行星數(shù)量增加至 8顆，是目前在太陽系之外發(fā)現(xiàn)的最大的行星世界；（5）重振對恒星的研究，對50多萬顆恒星的觀測有助于理解圍繞這些恒星運行的行星的基本屬性，加深人類對星系和宇宙的歷史和結構的理解。

1.5 火星探測成果頻現(xiàn)

2018年1月，火星勘測軌道器發(fā)現(xiàn)火星 8處受侵蝕的陡峭斜坡上暴露出地表之下厚厚的冰沉積物，揭示出關于此前探測到的火星中緯度地區(qū)地下冰原的內(nèi)部層狀結構的新信息。這些沉積物保存著關于火星氣候史的線索，并表明對于未來的無人或載人探索任務來說，冰凍的水比此前預想的更容易獲取，具有潛在的資源價值。

2018年6月，“好奇號”在火星淺層表面巖石識別出多種復雜有機分子碎片，包括噻吩、苯、甲苯以及一些短鏈有機物，如丙烷、丁烯等，為火星可能曾經(jīng)存在生命提供了證據(jù)。此外，“好奇號”還發(fā)現(xiàn)火星大氣甲烷水平存在季節(jié)性波動，表明火星可能仍存在生命。

2018年9月，“火星生命探測計劃2016任務”團隊公布示蹤氣體軌道器獲得的首批科學成果，根據(jù)其在軌運行 6個月期間測量的輻射劑量數(shù)據(jù)顯示，假設往返地球和火星各需要 6個月，執(zhí)行火星任務的航天員受到的輻射劑量將達到個人耐受輻射劑量極限值的 60%或更高。這與“火星科學實驗室”2011—2012年期間的探測數(shù)據(jù)吻合，將用于驗證輻射模型，評估未來執(zhí)行火星任務的航天員所承受的輻射風險。

1.6 木星探測再獲新發(fā)現(xiàn)

2018年3月，《Nature》集中發(fā)表了4篇論文，報道了“朱諾號”（Juno）的科學發(fā)現(xiàn)，披露了對木星重力場、大氣噴流、內(nèi)部結構及兩極氣旋的重要發(fā)現(xiàn)，這些結果將有助于更好地了解木星的內(nèi)部、核心物質(zhì)及其起源。

Juno觀測顯示木星的重力場是南北不對稱的。對于氣態(tài)行星，這種不對稱性的唯一解釋是大氣氣流穿入行星的深度極大，導致重力場呈現(xiàn)不對稱性。因此，重力場的不對稱性程度反映了氣流的深度。研究人員推測，木星天氣層的總深度約3000 km，約占木星總質(zhì)量的1%（約為 3個地球質(zhì)量），遠超此前預期。這一發(fā)現(xiàn)對于了解木星強氣流的本質(zhì)和驅(qū)動機制非常重要，這些氣流的重力信號與木星核心的重力信號互相糾纏影響。Juno還發(fā)現(xiàn)木星大氣的旋轉(zhuǎn)存在差異性，云區(qū)和云帶旋轉(zhuǎn)速度相差可達100 m/s。研究人員發(fā)現(xiàn)，木星深層內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)近似于剛體旋轉(zhuǎn)，與木星大氣相比，旋轉(zhuǎn)速度的差值至少低 1個數(shù)量級，這一結果出人意料。

1.7 《Science》發(fā)布“卡西尼”探測器最終階段科學發(fā)現(xiàn)

2018年10月，《Science》出版“潛入土星環(huán)”特刊，報道了“卡西尼”土星探測器（Cassini）的研究發(fā)現(xiàn)，集中反映了對土星系統(tǒng)，特別是對此前從未被探測過的土星與土星環(huán)之間空間的理解上的巨大飛躍。

Cassini科學任務最終階段有7項重要發(fā)現(xiàn)，包括：（1）發(fā)現(xiàn)土星環(huán)向土星高層大氣墜落的納米級水珠中的物質(zhì)成分復雜，包括水、硅酸鹽、甲烷、氨、一氧化碳、氮和二氧化碳，這些有機物的組成與土衛(wèi)二和土衛(wèi)六均不相同，這意味著土星系統(tǒng)中至少有 3個不同的有機分子儲藏；（2）首次近距離觀測了土星環(huán)和土星的相互作用，發(fā)現(xiàn)內(nèi)環(huán)粒子和氣體直接落入土星大氣層，一些粒子帶電后沿著磁力線盤旋并落入土星高緯度地區(qū)，即“環(huán)雨”現(xiàn)象，還有一些粒子被快速拖入土星赤道地區(qū)；（3）土星環(huán)和土星大氣層之間的大部分物質(zhì)是如煙霧般的納米級顆粒，表明顆粒被某種未知的過程磨碎；（4）發(fā)現(xiàn)聯(lián)系土星環(huán)與土星大氣層頂?shù)碾娏飨到y(tǒng)，表明土星和土星環(huán)的相互作用之強遠超預期；（5）發(fā)現(xiàn)了位于土星附近的由高能粒子組成的輻射帶；（6）土星磁軸幾近與其自轉(zhuǎn)軸平齊，與太陽系中其他擁有磁場的行星均不同；（7）在飛越土星磁極時對產(chǎn)生無線電輻射的區(qū)域進行了直接采樣。結果顯示，土星磁極是地球之外又一適宜開展無線電產(chǎn)生機理研究的區(qū)域。

1.8 多項小行星探測任務取得里程碑突破

2018年9月，“隼鳥 2號”（Hayabusa 2）釋放的2個小型雙胞胎漫游器成功登陸小行星 Ryugu表面，通過跳躍的方式實現(xiàn)在小行星表面自主移動。2018年10月3日，“隼鳥 2號”又釋放了一顆小行星表面移動偵查（MASCOT）登陸器。MASCOT以自由落體的方式著陸，通過電動機加減速其鎢擺臂實現(xiàn)移動甚至跳躍，這是在航天史上首次使用非常規(guī)機動方式實現(xiàn)在小行星表面的移動。初步分析MASCOT獲得的第一批數(shù)據(jù)和圖像結果表明，Ryugu表面覆蓋著粗糙的塊狀物和巨石，一些物體的尺寸甚至達到了約100 m，目前仍不清楚這些塊狀物的堅硬程度和物質(zhì)組成。

2018年11月，“黎明號”（Dawn）探測器結束了長達11年的小行星探測任務。Dawn是唯一一個圍繞小行星帶天體運行的航天器，也是首個繞飛兩顆地外天體的航天器，采用高效的離子推進系統(tǒng)，突破了系統(tǒng)能力和續(xù)航力極限，實現(xiàn)了前所未有的工程壯舉，為其他多目的地探索任務配備離子推進系統(tǒng)提供了佐證。Dawn任務于2007年9月發(fā)射，2011年到達小行星灶神星并繞其飛行14個月，在穿越小行星帶后，最終于2015年抵達矮行星谷神星軌道。Dawn探測任務揭示了灶神星和谷神星誕生的位置和演化過程，對了解太陽系歷史和演化至關重要，取得的重要科學發(fā)現(xiàn)包括：（1）捕捉到谷神星上的冰火山和神秘亮斑，研究人員推測這可能是谷神星內(nèi)部含鹽的水上升至表面形成的鹽沉積物；（2）在谷神星表面發(fā)現(xiàn)了古代海洋殘留的化學特征，其主要成分為碳酸鈉，是由地殼內(nèi)部或下部的泥狀鹵水流到地表形成的，這一發(fā)現(xiàn)表明矮行星歷史上也存在過海洋，甚至可能仍然存在；（3）繪制了灶神星環(huán)形坑地圖，發(fā)現(xiàn)灶神星北半球受到的撞擊更多，這表明在小行星帶早期存在更多的巨型天體；（4）證實灶神星是一個常見的隕石家族的來源。

2018年12月，NASA“起源、光譜分析、資源識別與安全-風化層探測器”（OSIRIS-REx）在飛行約20億km后抵達小行星Bennu。OSIRIS-REx是NASA的首個小行星采樣返回任務，旨在研究行星的形成和起源，幫助理解可能影響地球的小行星。通過分析 OSIRIS-REx搭載的兩個光譜儀數(shù)據(jù)，初步在小行星 Bennu的黏土中發(fā)現(xiàn)了水的痕跡。初步分析顯示，Bennu存在含有羥基（—OH）的分子。研究人員猜測這些羥基遍布小行星，以含水黏土礦物的形式存在。但 Bennu體積太小，不足以容納液態(tài)水，因此這意味著 Bennu的母體——一個體積更大的小行星——曾在某個時間存在液態(tài)水。

1.9 “旅行者2號”飛出日球?qū)?/h3>

2018年12月10日，NASA宣布飛行了 41年的“旅行者 2號”（Voyager 2）探測器飛出日球?qū)娱_始探索星際空間，成為繼“旅行者1號”（Voyager 1）之后又一個進入星際空間的人造物體。“旅行者 2號”目前距地球約 180億 km，是NASA迄今運行最久的空間探索任務。2018年11月5日，“旅行者2號”上的等離子科學實驗設備發(fā)現(xiàn)日球?qū)恿Ｗ拥乃俣榷附担撕笪礄z測到太陽風，這說明它已飛出日球?qū)印Ｎ磥?，“旅行者”系列探測器將繼續(xù)穿越太陽系之旅，其上攜帶了大量關于人類文明的聲音、圖片和影像資料，有望在數(shù)十億年后仍然在廣袤的宇宙間傳遞人類文明的信息。

1.10 國際空間站迎來在軌運行20周年

2018年是國際空間站在軌運行20周年，各研究領域持續(xù)保持著較高的活躍度，開展了包括空間培育植物、測試新設備、空間生命科學和理解宇宙本身在內(nèi)的多項實驗。

2018年1月，NASA發(fā)布“雙胞胎實驗”的詳細研究結果。持續(xù)2年的實驗詳細研究了航天員Scott在空間飛行前、中、后身體各系統(tǒng)與作為地面對照組的其雙胞胎兄弟Mark的區(qū)別，初步揭示了空間飛行對人體主要系統(tǒng)的影響：（1）端粒位于染色體的末端并隨著年齡的增長而減少；（2）Scott的體重下降和葉酸水平增加與端粒延長結果一致；（3）飛行任務時間從6個月任務增加到1年并未使Scott的認知水平出現(xiàn)顯著下降，但其飛行速度和準確性出現(xiàn)了明顯的下降；（4）每次接種疫苗后，雙胞胎產(chǎn)生了類似的、增加水平相當?shù)拿庖邞穑@表明在空間站接種的疫苗對航天員產(chǎn)生了預期的免疫刺激作用；（5）空間飛行帶來的微生物群落變化并不會大于在地面上改變飲食或患病對人體微生物群落的影響；（6）雙胞胎基因組中有超過預期的數(shù)百項獨特突變，在返回地面后 93%的基因表達恢復正常，但仍有數(shù)百個基因未能恢復；（7）空間飛行對Scott的 2個白細胞群體的基因組的特定區(qū)域產(chǎn)生了影響，其DNA甲基化過程發(fā)生了改變。返回地面后，相關的基因變化又恢復到基線水平；（8）空間飛行期間，涉及體液調(diào)節(jié)和肌肉骨骼生成的蛋白質(zhì)排泄存在明顯差異。

2018年7月，冷原子實驗室（CAL）首次在軌產(chǎn)生玻色-愛因斯坦凝聚?？茖W家證實，CAL已經(jīng)產(chǎn)生了溫度低至100 nK的銣原子玻色-愛因斯坦凝聚。接下來，科學家將采用鉀原子的2種同位素產(chǎn)生玻色-愛因斯坦凝聚。CAL用戶設施由NASA噴氣推進實驗室設計并建造，于2018年5月底安裝到國際空間站，旨在利用微重力下的超冷量子氣體研究基本物理規(guī)律，包括精確測量重力，開展量子物理學研究，探索物質(zhì)的波動性質(zhì)等。國際空間站的微重力環(huán)境使得CAL采用的激光冷卻技術可達到比在地球上能實現(xiàn)的更低的溫度。

2 2018年空間科學重大發(fā)展戰(zhàn)略

2.1 美國瞄準載人登火密集出臺國家航天新戰(zhàn)略

美國總統(tǒng)特朗普于 2017年12月簽署空間政策一號令，要求美國重返月球，并繼續(xù)向火星及以遠進發(fā)，重振美國的載人空間探索計劃。2018年3月，白宮披露特朗普政府的《國家航天戰(zhàn)略》，新戰(zhàn)略秉承特朗普政府的“美國優(yōu)先”理念，闡述了維護美國在航天領域的科學、產(chǎn)業(yè)、技術和國家安全核心利益的戰(zhàn)略目標和舉措，強調(diào)國家安全航天、商業(yè)航天和民用航天 3個領域應充分互動，加強合作。

2018年2月，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)布《NASA戰(zhàn)略規(guī)劃 2018》，提出“發(fā)現(xiàn)·探索·發(fā)展·實現(xiàn)”四大戰(zhàn)略主題，明確NASA在2018—2021年及更長遠未來的戰(zhàn)略方向、目標和優(yōu)先事項?！兑?guī)劃》提出 NASA的愿景：發(fā)現(xiàn)和擴展知識，以造福人類。明確NASA的使命：主導一項創(chuàng)新和可持續(xù)的探索計劃，與商業(yè)伙伴和國際伙伴合作，使人類的足跡拓展到整個太陽系，并為地球帶來新的知識和機遇；支持美國航空航天領域的經(jīng)濟發(fā)展，增進對宇宙和人類自身的了解，與工業(yè)界合作發(fā)展美國的航空航天技術，提高美國的領導力。

2018年9月，NASA發(fā)布《國家空間探索行動報告》，系統(tǒng)闡述了美國“國家空間探索行動”的 5大戰(zhàn)略目標以及在近地軌道空間、月球軌道和月表、火星及以遠的任務部署情況?！秷蟾妗访鞔_了美國“國家空間探索行動”的 5大戰(zhàn)略目標：（1）將美國近地軌道載人航天活動過渡給商業(yè)運作，支持NASA以及新興私營部門市場的需求；（2）領導部署支持月表運行并推進地月空間以遠任務的能力；（3）通過一系列無人任務，促進科學發(fā)現(xiàn)和月球資源表征；（4）使美國航天員重返月表，開展持續(xù)性的探索和利用活動；（5）驗證載人探索火星和其他目的地所需的能力。

2.2 歐盟穩(wěn)步推進空間計劃實施

歐盟委員會《2021—2027年多年期財政框架》提案提出將歐盟現(xiàn)行的和未來的空間活動整合為一項空間計劃，總預算為 160億歐元。為了確保歐洲繼續(xù)保持在空間領域的全球領先地位，保障歐盟空間活動投資的連續(xù)性，鼓勵科學技術進步，提高歐洲航天工業(yè)的競爭力和創(chuàng)新能力，并支持歐盟高性能計算、氣候變化或安全等其他領域的活動，歐盟將在2021—2027年重點開展歐盟全球和區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)——“伽利略全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”和“歐洲地球同步衛(wèi)星導航覆蓋系統(tǒng)”、歐盟對地觀測計劃“哥白尼”、空間安全領域項目。

在載人和無人空間探索方面，歐洲空間局（ESA）理事會于 2018年6 月集中討論了“歐洲探索包絡計劃”（E3P）的進展情況，確定支持 E3P未來探索任務框架，并將在近地軌道、月球和火星 3個探索目的地之間，以及載人基礎設施、運輸和無人任務之間進行平衡投資。

在空間科學方面，2018年ESA確定“宇宙憧憬”計劃的第 4個中型科學任務，將聚焦于系外行星的性質(zhì)，研究行星形成和生命出現(xiàn)的條件；此外還選出第 5個中型科學任務備選概念，包括天空高能瞬變與早期宇宙探測、宇宙學和天體物理學空間紅外望遠鏡和金星探測任務。

2.3 俄羅斯公布月球計劃實施路線圖

2018年11月，俄羅斯“能源”火箭公司在國際空間站（ISS）建站20周年紀念活動會議上公布了月球計劃實施路線圖。近月軌道站或于2030—2035年間建成，首批俄羅斯航天員將從近月軌道站登月并開展為期 2周的月球任務。路線圖第一階段（至2025年）將利用國際空間站平臺測試所有相關技術，建立近月軌道站的基礎模塊，測試“聯(lián)邦”號（Federation）載人飛船并開展不載人繞月飛行，利用無人探測器對月球進行探測；第二階段（2025—2035年）將開發(fā)載人登月運輸系統(tǒng)，首批航天員登月，建立和部署月球基地首個模塊；第三階段（2035年后）完成月球基地建設，建立統(tǒng)一的載人和無人月球探測系統(tǒng)。

2.4 JAXA發(fā)布2018—2025發(fā)展規(guī)劃

日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）于 2018年3月發(fā)布《第四期中長期發(fā)展規(guī)劃》（2018—2025年），將圍繞“確?？臻g安全”“促進航空航天科技在民生領域的應用”“維持、強化空間科技及產(chǎn)業(yè)”三大要求，在航天領域重點實施導航定位衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、空間運輸系統(tǒng)、空間態(tài)勢感知、海洋態(tài)勢感知和早期預警功能、空間系統(tǒng)功能維護、空間科學與探索、國際空間站、載人空間探索和衛(wèi)星應用技術等研發(fā)計劃。

2.5 國際空間探索協(xié)調(diào)工作組更新國際載人空間探索戰(zhàn)略

國際空間探索協(xié)調(diào)工作組（ISECG）于2018年2月發(fā)布由14個國家/地區(qū)的航天管理機構共同制定的第3版《全球探索路線圖》，提出將以ISS為起點，向月球進發(fā)，并最終實現(xiàn)載人探索火星。新版路線圖提出載人深空探索的關鍵步驟：（1）近地軌道任務（包括ISS、中國空間站、可能的商業(yè)空間站和俄羅斯空間站等），驗證深空探索所需的技術和能力，持續(xù)在近地軌道開展科學研究；（2）無人探索任務，驗證載人探索任務所需的技術，基于科學目標開展巡視探測或采樣返回，以及資源和環(huán)境評估；（3）在月球附近建設平臺（如“深空門戶”），了解在深空中如何生活，開展到達月球表面或在月球表面進行的無人探索任務，實施載人登月任務，開展對月球和太陽系的科學研究，組裝和檢查前往火星的飛船；（4）月球表面任務，支持月球科學研究，準備和測試接下來的載人火星和/或長期載人駐月探索任務的運行，了解月球開發(fā)和/或商業(yè)貿(mào)易的潛在經(jīng)濟影響；（5）載人火星任務，實現(xiàn)可持續(xù)的載人火星探索任務，到達火星軌道及表面。

3 2018年新建空間科學任務平臺

3.1 “凌星法系外行星勘測衛(wèi)星”接棒“開普勒”

2018年4月19日，NASA“凌星法系外行星勘測衛(wèi)星”（TESS）任務成功發(fā)射。作為“開普勒”任務的繼任者，TESS搭載的4臺寬視場相機將提供覆蓋全天85%的視場。在預計為期2年的任務期內(nèi)，TESS將逐一測繪南、北天球的各個天區(qū)，采用凌星法搜尋30～300光年內(nèi)的系外行星系統(tǒng)，測定系外行星的質(zhì)量、密度和大氣成分等，判斷其是否宜居。TESS在正式運行2個月后發(fā)現(xiàn)了2顆候選系外的行星。TESS的觀測還將為詹姆斯·韋伯空間望遠鏡和其他大型地基和天基望遠鏡進一步開展特性研究提供主要目標。

3.2 歐日發(fā)射BepiColombo水星探測器

2018年10月20日，由ESA和JAXA合作開發(fā)、實施的Bepi-Colombo水星探測器任務成功發(fā)射，將對水星開展全方位的探測研究，這是繼NASA“水手10號”和“信使號”之后第3個造訪水星的任務。BepiColombo的主要科學目標和研究主題包括：靠近母星的行星的起源和演化，行星的內(nèi)部結構和組成，內(nèi)磁場的特性及成因，隕擊、構造、極區(qū)沉積、火山作用等表面過程，水星外大氣層的結構、組成、起源和動力學，水星磁層的結構和動力學，以及通過精確測量航天器的軌道和位置研究廣義相對論。BepiColombo將在軌飛行7年，完成1次地球飛掠、2次金星飛掠和 6次水星飛掠，并于2025年底抵達水星軌道后開展至少為期 1年的科學任務。

3.3 美國發(fā)射首個飛入日冕的探測器

2018年8月12日，NASA成功發(fā)射“帕克號”太陽探測器（PSP），旨在跟蹤太陽日冕中的能量和熱量流動，探究太陽風和太陽高能粒子加速的原因。PSP將成為首個飛入日冕的探測器，將以人類有史以來最接近太陽的距離對太陽進行探測，它采用原位測量和成像技術相結合的方式，有望徹底改變?nèi)祟悓θ彰岬恼J識，增進對太陽風起源和演化的理解，并對預測影響地球生命和技術的空間環(huán)境的能力做出重要貢獻。2018年11月5日，PSP從距離太陽表面約2414萬km的近日點飛掠太陽，成為迄今為止最接近太陽的人造物體。在接近近日點的過程中，PSP相對太陽的運行速度達到 3.43112萬 km/h，創(chuàng)造了航天器飛行速度的新紀錄。

3.4 NASA成功實施第 8次火星軟著陸

2018年11月26日，“洞察號”（InSight）火星探測器在靠近火星赤道的Elysium平原西側(cè)成功著陸，標志著NASA第8次成功實施火星軟著陸?！岸床焯枴庇?018年5月5日發(fā)射，在近7個月的時間里飛行了約4.85億km。按計劃，“洞察號”將在火星表面工作1個火星年40個火星日，直至 2020年11月24日。與“洞察號”共同發(fā)射并進入深空的首個立方體衛(wèi)星“火星立方體一號”雙子星，在完成了多項通信和飛行導航實驗后進入預定位置，接收“洞察號”在進入、下降和著陸期間傳輸?shù)男盘?，為更小型的行星航天器任務開啟了一扇新的大門。

3.5 中國“嫦娥四號”探測器在月球背面自主登陸

2018年12月8日，中國成功將“嫦娥四號”探測器送上太空，開啟人類航天器首次月球背面軟著陸探測之旅。2018年12月12日，“嫦娥四號”成功實施近月制動，順利完成“太空剎車”，被月球捕獲，進入近月點約100 km的環(huán)月軌道。2019年1月3日，“嫦娥四號”成功著陸在月球背面的南極——艾特肯盆地，并通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，揭開了古老月背的神秘面紗，實現(xiàn)了人類探測器首次月背軟著陸和首次月背與地球的中繼通信，開啟了人類月球探測新篇章。

“嫦娥四號”任務于2016年1月經(jīng)國務院批準正式實施，是中國探月工程的第二期任務。其主要科學任務包括：開展月球背面低頻射電天文觀測與研究，開展月球背面巡視區(qū)形貌、礦物組分及月表淺層結構探測與研究，試驗性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環(huán)境探測研究。工程目標包括兩部分，一是研制發(fā)射月球中繼通信衛(wèi)星，實現(xiàn)國際首次地月拉格朗日L2點的測控及中繼通信；二是研制發(fā)射月球著陸器和巡視器，這將是世界首次月球背面軟著陸和巡視探測。

3.6 數(shù)顆空間地球科學衛(wèi)星相繼發(fā)射

2018年5月23日，美德合作的GRACE-FO成功發(fā)射，旨在接續(xù)重力勘測和氣候試驗（GRACE）任務，追蹤地球水循環(huán)，監(jiān)測地下水量、大型湖泊和河流水量、土壤濕度、冰蓋和冰川以及海平面變化，為地球氣候觀測提供獨特視角。

2018年8月23日，ESA“風神”衛(wèi)星（Aeolus）成功發(fā)射，這是全球首顆測量地球風廓線的衛(wèi)星，將深入了解風如何影響地球表面與大氣之間的熱量和水分交換，實時觀測數(shù)據(jù)將幫助提高天氣和氣候預測的準確性，促進對氣候變異相關的熱帶動力學和過程的理解。

2018年9月15日，NASA“冰、云和陸地高度衛(wèi)星-2”（ICESat-2）成功發(fā)射，旨在測量格陵蘭島和南極洲陸地冰川的年平均高度變化，記錄冰蓋的高度變化數(shù)據(jù)，幫助研究人員縮小預測未來海平面上升的不確定性范圍。ICESat-2還將測量海洋和陸地表面的高度，幫助估算世界森林碳儲量，收集海浪、水庫水位和城市區(qū)域的高度數(shù)據(jù)，將科學任務與社會需求結合起來。

2018年10月29日，日本“溫室氣體觀測衛(wèi)星-2”（GOSAT-2/IBUKI-2）成功發(fā)射。它是“溫室氣體觀測衛(wèi)星”（GOSAT）的后繼任務，旨在利用更高性能的傳感器收集更高精度的溫室氣體觀測數(shù)據(jù)，服務環(huán)境管理部門，并為對抗全球變暖做出努力。

4 結論

2018年全球空間科學研究取得重要進展，“蓋亞”、銀河系外高能中微子源、“洞察號”等進展與突破在世界范圍內(nèi)中產(chǎn)生重要影響。美國決議重返地球，載人地月軌道空間站概念加速醞釀發(fā)酵，俄羅斯公布月球計劃實施路線，月球再度成為世界載人航天競爭焦點?！芭量颂枴碧柼綔y器、BepiColombo、“嫦娥四號”等多個創(chuàng)新平臺成功發(fā)射，世界空間科學將迎來探索與發(fā)現(xiàn)的新高潮。

（摘自《現(xiàn)代國際關系》2018年第11期）