□ 楊宇光

20世紀(jì)80年代至今：如火如荼的深空探索

□ 楊宇光

▲ 新視野號(hào)探測(cè)器

▲ 羅塞塔探測(cè)器在接近探測(cè)目標(biāo)時(shí)向其釋放菲萊登陸艙

從上世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，人類(lèi)的深空探索進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。除了推進(jìn)技術(shù)由于化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比沖的限制沒(méi)有明顯的性能提高外，航天工程在測(cè)控與數(shù)據(jù)傳輸、傳感器、制導(dǎo)控制精度、能源系統(tǒng)、有效載荷等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。從這一時(shí)期開(kāi)始到現(xiàn)在，人類(lèi)深空探測(cè)從深度到廣度均有不同程度的拓展，使得人類(lèi)對(duì)自己所居住的太陽(yáng)系家園有了全方位、多角度的認(rèn)識(shí)。

彗星成為探測(cè)目標(biāo)

在深空探測(cè)的早期，重點(diǎn)是太陽(yáng)系的各大行星，對(duì)彗星的探測(cè)并不是重點(diǎn)。由于彗星處于偏心率極高的大橢圓軌道，長(zhǎng)周期彗星的軌道周期甚至可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年，即便是哈雷彗星這樣的短周期彗星，其周期也達(dá)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(shí)施與這些彗星的交會(huì)則難度更大。1985—1986年回歸的哈雷彗星，可以說(shuō)是人類(lèi)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(cè)器和喬托號(hào)探測(cè)器，其中喬托號(hào)探測(cè)器對(duì)哈雷彗星的彗核進(jìn)行了就近探測(cè)，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(guó)宇航局發(fā)射的深度撞擊號(hào)，經(jīng)過(guò)半年的飛行后與坦佩爾1號(hào)彗星交會(huì)，并釋放撞擊器撞擊該彗星的彗核，而深度撞擊號(hào)通過(guò)觀察撞擊器濺起的塵埃云，詳細(xì)分析了該彗星的物質(zhì)組成，開(kāi)創(chuàng)了小天體探測(cè)的新方式。歐空局主導(dǎo)的“羅塞塔/菲萊”任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)丘留莫夫-格拉西緬科彗星的環(huán)繞探測(cè)，雖然“菲萊”在著陸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，但整個(gè)任務(wù)還是非常成功的，特別是在2016年9月30日，“羅塞塔號(hào)”主動(dòng)受控撞擊彗星表面，在下降過(guò)程中也獲得了豐富的探測(cè)數(shù)據(jù)。

▲ “喬托號(hào)”接近哈雷彗星

小行星探測(cè)各顯身手

除了對(duì)彗星的探測(cè)，世界各主要航天大國(guó)在小行星探測(cè)方面也各顯身手。日本的“隼鳥(niǎo)號(hào)”實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)歷史上第一次小行星采樣返回任務(wù)。美國(guó)“新千年計(jì)劃”的深空1號(hào)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)小行星的飛越探測(cè)，更為重要的是第一次使用了高比沖的電推進(jìn)系統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)了電推進(jìn)深空探測(cè)的先河。而黎明號(hào)探測(cè)器由于使用了強(qiáng)大的離子推進(jìn)系統(tǒng)，使其有能力實(shí)現(xiàn)對(duì)谷神星和灶神星兩個(gè)天體的環(huán)繞探測(cè)。值得一提的是中國(guó)的嫦娥二號(hào)探測(cè)器，雖然其主任務(wù)是為探月設(shè)計(jì)的，但通過(guò)任務(wù)拓展，對(duì)圖塔提斯小行星進(jìn)行了就近探測(cè)，為中國(guó)后續(xù)深空探測(cè)器的發(fā)展積累了經(jīng)驗(yàn)。

▲ 黎明號(hào)探測(cè)器

▲ 隼鳥(niǎo)號(hào)探測(cè)器的返回艙攜帶小行星樣本返回地面

行星探測(cè)成就巨大

在行星探測(cè)方面，美國(guó)的火星探路者、勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)和好奇號(hào)火星車(chē)相繼成功登陸火星，在行星表面巡視探測(cè)方面成就巨大。但印度、歐洲等發(fā)射的火星探測(cè)器，僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的環(huán)繞探測(cè)，在火星表面著陸仍然只有美國(guó)成功。而麥哲倫號(hào)探測(cè)器通過(guò)承載先進(jìn)的雷達(dá)獲得了金星濃密云層下的精確圖像，信使號(hào)探測(cè)器通過(guò)復(fù)雜的軌道轉(zhuǎn)移，在速度增量有限的條件下實(shí)現(xiàn)了進(jìn)入水星軌道探測(cè)?！百だ蕴?hào)”、“卡西尼號(hào)”和“朱諾號(hào)”實(shí)現(xiàn)了對(duì)木星、土星這些外太陽(yáng)系巨行星的環(huán)繞探測(cè)，所獲得的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)非過(guò)去的飛掠式探測(cè)可比?！翱ㄎ髂崽?hào)”還釋放了歐空局制造的惠更斯號(hào)著陸器，成為第一個(gè)在土衛(wèi)六著陸的探測(cè)器，揭開(kāi)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(hào)”將主動(dòng)隕落到土星表面。

2006年發(fā)射的新視野號(hào)探測(cè)器，成為人類(lèi)歷史上飛得最快的探測(cè)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(dá)遙遠(yuǎn)的冥王星的時(shí)間。盡管這顆神秘的行星被從太陽(yáng)系的九大行星中除名，降級(jí)為矮行星，但作為柯伊伯帶最重的天體，對(duì)它的探測(cè)仍然具有不可替代的科學(xué)價(jià)值。雖然受到探測(cè)器規(guī)模的限制，“新視野號(hào)”僅能進(jìn)行飛掠式探測(cè)，但依舊獲得了前所未有的成功，完全刷新了人類(lèi)對(duì)這顆遙遠(yuǎn)天體的認(rèn)知。由于距離達(dá)數(shù)十億千米，幾天時(shí)間飛越過(guò)程獲得的探測(cè)數(shù)據(jù)需要近一年時(shí)間才能發(fā)送回地球。

對(duì)太陽(yáng)的全方位探測(cè)

在所有這些探測(cè)器中，尤利西斯號(hào)太陽(yáng)極區(qū)探測(cè)器是一次特點(diǎn)非常突出的任務(wù)，它是人類(lèi)歷史上第一個(gè)遠(yuǎn)離太陽(yáng)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(hào)”也是利用了木星的巨大引力做到這一點(diǎn)，可以說(shuō)是利用其引力彈弓效應(yīng)“甩”出太陽(yáng)系平面的，從而獲得了以前任何天文望遠(yuǎn)鏡和探測(cè)器都無(wú)法達(dá)到的視角，實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)的全方位探測(cè)。

回顧從上世紀(jì)80年代至今，人類(lèi)深空探測(cè)第二階段的各個(gè)項(xiàng)目，是在之前深空探測(cè)已經(jīng)取得了很多重要的太陽(yáng)系天體基本參數(shù)，且航天領(lǐng)域各方面技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步的情況下開(kāi)展的。大多數(shù)任務(wù)都具有載荷種類(lèi)和功能豐富、項(xiàng)目效費(fèi)比高等突出特點(diǎn)，是在太空競(jìng)賽之后人類(lèi)更加注重科研活動(dòng)的實(shí)效這一大背景下進(jìn)行的，目前還有很多任務(wù)正在有序地進(jìn)行中，將為人類(lèi)深入了解太陽(yáng)系作出更大的貢獻(xiàn)?！?/p>