深空探测是指进入太阳系和宇宙空间的探测活动，而导航是指有关物体位置的确定，它们是基本天文学最重要的应用领域。这两部分既相互独立又有一定联系，深空探测离不开导航，导航为深空探测指引了方向，且导航不仅包含深空探测航天器的测定轨和定位，还包含航空、航海以及空间飞行器（如导弹、人造卫星）等地球空间目标的定位。

深空探测包括太阳系内除地球以外的行星、卫星、小行星、彗星等的探测，以及太阳系外的银河系乃至整个宇宙的探测。通过深空探测，能帮助人类研究太阳系及宇宙的起源、结构、演化和现状，进一步认识地球环境的形成和演化，认识空间现象和地球自然系统之间的关系，从现实和长远来看，对深空的探测和开发具有十分重要的科学和经济意义。导航不仅包括深空探测所涉及载体的导航，也包括导弹、人造卫星和载人飞船等载体的导航，导航对我国国民经济、国家安全和科学研究等都有着举足轻重的地位，对我国的大国地位是非常有力的保障，其应用非常广泛，发展前景十分诱人，是代表一个国家高科技水平的标志之一。

深空探测是21 世纪人类进行空间资源开发与利用、空间科学与技术创新的重要途径。20 世纪60 年代至今，国际上先后发射了250 多个行星际探测器，有发向月球的，也有发向金星、水星、火星、木星、土星、海王星和天王星等各大行星的，以及指向地球及周边环境的，通过这些深空探测活动所得到的关于太阳系的认识极大地超过了人类数千年来所获有关知识总和的千万倍，深空探测逐渐成为了世界各国航天领域的新热点。根据我国2006 年公布的《航天白皮书》以及国家“十一五”规划，深空探测将会作为我国近20 年来航天事业发展的主要内容，在成功实施月球探测的同时，适时开展火星探测将是我国未来深空探测的发展方向。随着空间探测技术的不断发展，小行星探测逐渐成为了深空探测的重要内容，开展小行星探测不仅有助于揭开太阳系起源与演化之谜，而且有助于促进空间科学与技术应用的发展，为新技术验证提供平台。近年来，世界主要航天大国逐渐掀起了小行星探测的热潮，多个国家和组织提出并制定了小行星探测的发展规划。

要顺利完成航天、航空、航海以及空间飞行器包括导弹、人造卫星等任务首要就是能够进行精确导航，确定其载体自身的位置、速度、加速度、航向甚至包括姿态等导航参数。目前不论是民用航空、航海导航还是军用的航空、航海侦查探测等任务对导航定位的精度、实时性、完好性、自主性、持续性和可用性提出了更高要求，因此需要进一步开展对航空、航海和航天飞行器导航定位的创新性研究，为我国的国家安全和国民经济的进一步发展做出贡献。目前，我国北斗卫星导航系统研发的成功为我国增加了一种独立自主卫星导航的强大手段，为进一步组合多种导航系统提供自主、实时、高精度服务创造了条件。

优先发展研究方向

针对月球、火星等类地行星、小行星和彗星等深空探测计划，结合国际天文学、空间科学发展趋势和我国深空探测与导航发展现状，确定以深空探测科学任务设计和导航新方法研究为主要目标，优先发展与深空探测科学任务相对应的轨道分析、设计与优化以及导航定轨理论、方法与技术，并开展深空探测资料分析处理和应用研究。以基本天文学的应用发展带动我国深空探测的发展，在深空探测科学任务规划、轨道设计与导航定轨理论方法研究以及深空探测资料分析处理和应用研究领域，打造在国际上有影响的中国深空探测与导航科研团队。

同时，针对我国社会发展对导航技术的需求，以建立我国独立自主的卫星导航系统为核心，结合国际导航技术发展的趋势，以天地一体卫星导航系统的理论与方法为主，重点发展满足近地与深空，通信与导航相结合的卫星导航系统以及相关的天文导航（包括光学、红外天文以及脉冲星导航）、自主导航、组合导航技术，建立起适应我国经济社会发展的多种重要导航技术，打造在国际上有影响的以基本天文学为依托的导航科研团队。

一、深空探测科学任务规划、轨道设计与测定轨

深空探测科学任务规划、轨道设计与测定轨是天文学的传统优势领域，也是天体力学与测量学科的主要研究内容之一。深空探测是反映一个国家综合实力的航天活动，除了能带动一个国家的航空航天等领域的技术进步外，其科学成果的产出是评判其成功与否的最重要标志。为此需进行下列研究：

（1）科学任务规划。利用天文学的基本研究方法和手段结合其他空间科学等学科，综合对深空探测进行科学目标设计与分析，围绕原创性的科学研究成果进行深空探测的科学任务规划，并对相应的科学探测仪器进行原理设计。

（2）轨道设计与优化。利用天体力学与测量以及人造卫星轨道理论等基本天文学研究成果，针对具体深空探测和近地空间飞行器任务进行轨道分析和设计，实现有关科学目标和任务的轨道及载荷设计。

（3）空间飞行器测定轨。首先需研究广义相对论框架下的精细太阳系非线性动力学模型和时空参考系及其转换问题，这是深空探测轨道设计的基础；其次，航天器轨道动力学模型的精化，这是提高深空探测轨道精度的关键；最后，深空探测飞行器测轨技术研究，除了重点发展已用于我国探月的地基VLBI，探讨其他导航技术用于深空探测的可能和精度如自主的DORIS 测量、天文导航、行星际激光测量、天基VLBI 测量的可能等，提高深空探测航天器的轨道确定精度。

二、航空、航海以及空间飞行器导航

（1）多模卫星导航技术。卫星导航目前已经有GPS、GLONASS、BeiDou、GALILEO、CAPS 系统，每个单独系统在精度、可用性、完好性等上都有所欠缺，且这些系统目前几乎都不能支持深空探测导航的需要，同时这些系统的自主运行能力也不令人满意。因此卫星导航系统领域的发展一方面需要能融合多个卫星导航系统的功能，提高导航性能，这就需要进行多模接收机研制、多模数据定位处理软件的建立（包括相位数据）、定位结果的误差分析和多模接收机的改进；另一方面需要发展同时满足近地和深空导航需求的天地一体卫星导航系统理论与方法以及融合通信与导航技术的卫星导航系统（如CAPS），这是本领域优先发展方向。

（2）天文导航技术。天文导航是利用天体的信息来进行导航的，本领域优先发展方向除了传统的利用恒星可见光的导航方法外，基于深空的特殊环境，发展利用红外谱段的深空红外导航技术也是本领域的优先发展目标。同时，脉冲星导航技术作为未来最重要的航天导航手段，值得大力研究与发展。为此，一方面要大力开展脉冲星观测研究，建立更加完善的脉冲星数据库；另一方面加强脉冲星导航的理论体系研究并发展相应的实验验证技术。

（3）组合导航技术。为了进一步提高导航精度和可靠性，需研究利用卫星导航、天文导航、惯性导航、SLR、DORIS 等独立定轨和综合定轨原理和方法，分析其组合导航结果差异和可能机制，在此基础上建立组合导航算法，探讨不同导航系统组合对导航定位结果的影响，研究其适用性，建立针对不同导航用户选择导航方式的标准和规范。

（4）军用导航技术。根据国家安全的需要，研究卫星导航、DGPS、红外导航、脉冲星导航、INS/GNSS 组合导航的系统原理和方法；发展环形激光陀螺捷联式惯性导航系统、微波着陆系统（MLS）、地形辅助导航系统、联合战术信息分发系统（JTIDS）和定位报告系统（PLRS）的导航原理和方法；探讨不同导航技术在军事应用中的特点和其适用性；建立针对不同军事需求的导航规范。

三、深空探测资料的分析处理和应用研究

（1）深空探测资料分析处理。高精度的深空探测资料处理是深空探测科学成果的基础，而其资料在分析处理时涉及测量数据系统误差分析、测量数据融合、实时数据处理分析等，为此需要开展有关资料的分析处理研究和综合方法的探讨。

（2）月球和类地行星重力场解算。月球和行星重力场反映了月球和行星内部物质的分布，高精度重力场测定可以提供关于月球和行星的壳和幔物理特征的有用信息。在均衡补偿假设下，结合重力场和高精度月球与行星地形数据可以确定壳的厚度，并进而研究月球和行星壳厚度的地理差别及其演化意义。

（3）月球和类地行星地形模型研究。利用中国、日本和美国多颗月球探测器的激光测高资料，综合应用提高月球数字地形模型的精度和分辨率，并把相关处理方法拓展到火星和其他类地行星地形研究中。

（4）月球和类地行星空间定向探测和确定。研究测定月球和火星等类地行星空间定向的方法，利用已有资料进行检验验证，并与国际结果进行比较。

（5）试验和开发小行星与彗星探测的航天新技术。基于深空探测科学目标，结合小行星与彗星探测的特点，研究其导航原理与方法，确定空间位置和轨道飞行方向，为开展我国小行星与彗星探测计划奠定基础。_

本文摘编自中国科学院著“中国学科发展战略”丛书《基本天文学》（北京：科学出版社，2016.11）第八章，内容有删节调整。

ISBN 978-7-03-050670-2

责任编辑：朱萍萍

　“中国学科发展战略”丛书是中国科学院组织数百位院士专家联合研究的系列成果，涉及自然科学各学科领域，是目前规模大的学科发展战略研究项目。

　　《中国学科发展战略·基本天文学》从以下7个方面介绍了基本天文学及其应用的发展战略框架、发展举措与建议：战略地位、发展规律与发展态势、发展现状，发展目标与建议、优先发展领域与重要研究方向、国际合作、保障措施。书中不仅对国内外基本天文学及其应用的发展现状和态势进行了详细的评述，更对未来十年我国基本天文学及其应用的发展战略和措施提出了一些重要、有意义的思考和建议。

　　《中国学科发展战略：基本天文学》可供天体测量学、天体力学、时间频率、相对论基本天文学、历书天文学、行星内部结构与动力学、天文地球动力学、深空探测与导航、人造天体动力学与空间环境监测、大地测量、地球动力学等专业的科技人员及高等院校有关专业的师生参考。

（本期责编：王芳）

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