□ 楊宇光

展望未來：深空探索征途漫漫

□ 楊宇光

▲ 中國未來火星探測任務(wù)中的火星探測器

人類的深空探測事業(yè)，是一條漫漫長途。在可預(yù)見的未來，人類深空探測的重點依然是行星，小行星、彗星等太陽系小天體。

火星探測是重中之重

▲ 也許在不久的將來人類將登陸火星

在深空探測領(lǐng)域已經(jīng)取得輝煌成就的情況下，展望未來，火星仍然是人類深空探索的重中之重。由于每隔26個月才會有一次從地球到火星的理想軌道轉(zhuǎn)移窗口，因此，2018年和2020年將迎來人類探索火星的又一個高峰。美國在火星探測活動中一直處于引領(lǐng)地位，但迄今為止人類送達(dá)的最重物體也只是質(zhì)量僅900千克的好奇號火星車，因此，未來對火星的探索還有很長的路要走。美國的洞察號著陸器將在2018年發(fā)射，重點研究火星的內(nèi)部構(gòu)造。基于與好奇號相似的設(shè)計，美國將在2020年再次發(fā)射巡視車前往火星，它將攜帶與好奇號有所不同的有效載荷，進(jìn)一步開展巡視勘察。歐洲在獵兔犬二號和希亞帕萊利號連續(xù)登陸火星失敗后，將在2020年與俄羅斯再次開展火星登陸任務(wù)，如果能夠取得成功，僅僅其工程方面的意義就非常巨大。除了印度、阿聯(lián)酋即將開展的火星軌道器任務(wù)外，中國的首次火星探測，將集成軌道器、著陸器和巡視器為一體，非常高效地開展多方位的探測活動，同時也將面臨巨大的工程和技術(shù)挑戰(zhàn)。

所有這些火星探測任務(wù)，都將為人類更加深入了解這顆地球的姊妹行星，了解行星演化與發(fā)展的規(guī)律提供更多的依據(jù)，在工程方面，也將為登陸火星積累更多的經(jīng)驗。但對于未來載人登陸火星而言，將規(guī)模更大、更重的物體送上火星表面依然是巨大的挑戰(zhàn)。美國前任宇航局長查爾斯·博爾登也曾提出利用美國新研制的太空發(fā)射系統(tǒng)重型運(yùn)載火箭開展火星采樣返回任務(wù)的設(shè)想，但從經(jīng)費(fèi)和技術(shù)準(zhǔn)備上看，美國公布的未來載人登陸火星的目標(biāo)，仍然遙遙無期。

▲ 美國“火星2020”計劃的火星漫游車

木星與土星的探測重點

對于木星和土星的探索而言，存在大量液體水的木衛(wèi)二、土衛(wèi)二，將是未來探測的重點，其中木衛(wèi)二上的總水量比地球還要多。美國繼伽利略號和朱諾號探測器之后，對木星系統(tǒng)的探索將以木衛(wèi)二為重點，包括中國在內(nèi)的其他國家也提出了未來對木衛(wèi)二進(jìn)行探測的設(shè)想。這些努力都將為人類將自己的足跡向外太陽系拓展打前站。

雖然美國已經(jīng)通過“旅行者2號”和“新視野號”對天王星、海王星和冥王星進(jìn)行了探測，但受到探測器規(guī)模的限制，這些探測器都沒有攜帶較大的推進(jìn)系統(tǒng)，不能通過變軌進(jìn)入這些天體的環(huán)繞軌道，因此只能進(jìn)行短暫的飛掠式探測，盡管也取得了輝煌的成果，但還是不能與環(huán)繞這些天體、長期進(jìn)行觀測的探測器相比。目前人類對于木星、土星等外太陽系的遙遠(yuǎn)天體只進(jìn)行了“伽利略”、“朱諾”、“卡西尼”等有限的幾次環(huán)繞探測任務(wù)，即便如此，其工程規(guī)模也遠(yuǎn)非飛掠式的小探測器相比。雖然美國已經(jīng)將天王星和海王星的環(huán)繞探測任務(wù)提上議事日程，但其難度和周期都將是前所未有的挑戰(zhàn)。更為重要的是，我們必須借助木星的引力使探測器能夠加速飛向天王星或海王星，所以最佳的探測器發(fā)射窗口很有限，一旦錯過了時機(jī)，由于木星漫長的軌道周期，等待下次窗口將是幾十年之后的事情，因此，如何抓住這次機(jī)會，將是全人類關(guān)注的大事。

對太陽系小天體的探測

在小行星和彗星等的探測方面，日本將開展“隼鳥二號”采樣返回任務(wù)。歐空局、中國也提出了自己的近地小行星和主帶小行星探測設(shè)想。美國通過“新邊疆”計劃實施了一批中等規(guī)模的“好、快、省”項目，例如“新視野號”和“朱諾號”任務(wù)，正在沿著這一思路研制“奧西里斯-雷克斯”小行星采樣返回探測器，計劃于2016年9月8日發(fā)射。雖然不是人類第一次小天體采樣返回飛行器，但其任務(wù)復(fù)雜程度遠(yuǎn)大于日本的“隼鳥號”，它需要在5千米的距離上對采樣目標(biāo)天體“貝努”小行星進(jìn)行詳細(xì)的觀測和成像，最后利用機(jī)械臂從小行星上提取樣本。這項任務(wù)對了解太陽系和生命的起源可謂意義重大。與近地小行星不同，大部分的小行星都運(yùn)行在火星和木星之間的軌道，距離地球較遠(yuǎn)，探測周期和工程難度比較大，其中由于受木星引力的影響，有一類軌道比較特殊的特洛伊小行星，集中在木星軌道附近的特定位置，目前人類還沒有對這類小行星展開詳細(xì)的研究，期待美國的露西小行星探測任務(wù)能夠取得意想不到的新成果。

在所有這些小天體中，有巖質(zhì)、冰質(zhì)，甚至主要由金屬構(gòu)成的。例如小行星帶最大的天體——矮行星谷神星就是冰質(zhì)天體，像靈神星這樣巨大的金屬小天體并不多見。我們知道太陽系的前身是由一顆更為巨大的恒星爆炸后的殘留物產(chǎn)生的星云，而太陽系中的各種重元素都是在之前的超新星內(nèi)部產(chǎn)生的，包括在元素周期表中比較靠后的各種金屬元素。雖然我們在地球上也能找到各種各樣的“隕鐵”，也即主要由金屬成分構(gòu)成的各種隕落物，但對于地球以外原始的金屬小天體進(jìn)行探測，則能夠獲得更多太陽系的早期信息。所以靈神星探測任務(wù)與露西探測任務(wù)同樣引人注目。

美國的深空一號和黎明號探測器已經(jīng)對太陽系的小天體實施了成功的探測，其中比沖較高的電推進(jìn)技術(shù)在這些任務(wù)中大顯身手，基于太陽能的電推進(jìn)系統(tǒng)在木星軌道范圍以內(nèi)基本上都是可用的，在未來的太陽系探測中將發(fā)揮更加重要的作用?？梢灶A(yù)見，隨著人類深空探索的規(guī)模越來越大，對放射性同位素?zé)犭娫葱枨笠矊⒏油ⅲ_發(fā)功率達(dá)到兆瓦級的空間核反應(yīng)堆的呼聲也越來越高，這些新技術(shù)的發(fā)展也必將推動深空探索實施更高品質(zhì)、更加復(fù)雜的任務(wù)，在深度和廣度上不斷拓展人類的認(rèn)知?！?/p>