深空探测2014年度评述

原载于2014年12月27日《中国航天报》，作者：郑永春

岁末年终，一部太空大片《星际穿越》正在各大影院热映，黑洞、白洞、虫洞等天文学前沿概念被普通人津津乐道，人类似乎可以通过虫洞快速抵达太阳系外的宜居星球。实际上，星际飞行理论尚无突破，深空探测还只能限于对太阳系内天体的探测。

图1 《星际穿越》的电影海报

说到太阳系，马上想到的是太阳和八大行星。实际上，随着地面和空间观测能力的提高，特别深空探测的进展，太阳系的边界已经扩展到奥尔特云之外，距地球数十万亿千米。太阳系的真实场景远比我们了解的更为丰富。

2014年，人类在深空探测领域取得了“爆发式”的成就，在月球与火星探测、巨行星及其卫星探测、小行星与彗星探测、以及遥远太阳系边缘的探测方面均取得重要进展。这些深空任务有何特点？未来有哪些值得期待的深空任务？深空探测的发展向何处去？回首过去，希望从中梳理出深空探测的规律和趋势，进而窥探未来发展的一些端倪。

首先是参与国家越来越多。80年代之前，只有美苏两国开展深空探测；欧、日随后加入。新世纪以来，世界各航天国家相继酝酿或开展深空探测，中国和印度成为后起之秀。今年，中国嫦娥三号超期服役，探月三期再入返回飞行试验成功，为2017年月面采样返回奠定基础。印度曼加里安号成功入轨并传回图像，成为亚洲首个开展火星探测的国家，超低成本和良好表现之间的反差吸引了全世界的关注。此外，英国正在用众筹方式实现探月，迪拜宣布2021年将发射阿拉伯世界第一个火星飞船。深空探测从两强争霸到群雄逐鹿，多国参与和国际合作将成为太阳系探测的必然趋势。

图2 嫦娥五号再入返回飞行试验获得圆满成功，为2017年采集月球样品返回地球奠定重要基础

其次是任务类型多样化。2014年，马文号和曼加里安号从轨道上遥看火星，前者探测大气，后者寻找甲烷；相当于私家车大小的好奇号火星车则将完整的分析实验室搬上火星，具备勘查、钻探、取样、分析、数据处理等全部功能，称为火星科学实验室名至实归；设计寿命90天的勇气号在火星上行走十年，不久前还传回照片；计划中的火星2020将采用三步走的方式实现火星样品返回；中国则在珠海航展上展出了环绕、着陆、巡视一次成行的火星探测器，力争实现火星探测的跨越式发展。而猎户座载人飞船成功试飞，美俄欧相继开展重型运载研制，使载人登陆火星将在20年内将实现。

图3 印度成功发射曼加里安号火星探测器，成为亚洲首个探测火星的国家

图4 美国计划实施的“火星2020”火星车上搭载的有效载荷，未来十年的重点是采集火星样品返回地球

小行星和彗星探测是深空探测的重要领域。8月，罗塞塔探测楚－格彗星，11月，释放菲莱成功着陆，成为人类首个登上慧核的航天器；12月，隼鸟2号发射，未来将探测富含有机物的C型小行星。未来深空探测将从太阳系普查逐渐聚焦到月球、火星、小行星、彗星、木星与木卫二、土星与土卫六等重点天体。

图5 欧空局罗塞塔号探测楚-格彗星，菲莱实现人类航天器首次登陆慧核表面

最后，深空探测中科学与技术的结合日趋密切。通过科学家的研究兴趣和自由探索，提出一些大胆新奇的深空探测设想。这些设想相对现有航天能力往往要求更高、目标更远，实现起来周期长，技术瓶颈多。但一旦实现，既能显著提升航天技术能力，又可获得重要科学发现，也是以探索和挑战为主要特征的深空探测的应有之义。今年，月球内部仍然温暖、火星表面可能有过湖泊、火星大气甲烷可能为微生物成因、木卫二可能存在板块活动……，这些新发现不断撩拨着公众的神经。未来，探测小天体以保护地球免受撞击，在太阳系中搜寻水和生命，从月球、火星、彗星、小行星表面采样返回……，这些新目标正等着我们去实现和征服。在太空飞行了9年的新视野号现在距离地球46亿千米，2015年1月将开始探测冥王星及其所在的柯伊伯带。而仅仅22年前，我们甚至还不知道是否存在柯伊伯带，而今天人类的探测器就已经飞抵那里。只有通过系统的深空探测，对太阳系内不同天体目标、用不同探测方式获得有关这些天体的第一手探测资料，一方面牵引人类技术能力的提升，另一方面拓展人类的知识边界，重塑我们对这个世界的认识。

从1959年第一颗月球探测器算起，深空探测已经走过了65年的历程。在《科学》今年公布的125个前沿科学问题中约有20个与深空有关，在《自然》评选的年度十大科学人物中，有3位与深空有关。这预示着，人类的未来在深空，深空探测事业将如日中天，前景广阔。

图6 人类发射的太阳系探测器（截至2010年）

[1]引自：http://books.nationalgeographic.com/map/map-day/index 

说明：文中全部图片来自网络，仅供示意。