小天体探测任务统计与分析

王冠武小琴（ 中国空间技术研究院 北京空间机电研究所）

小天体探测任务统计与分析

王冠1武小琴2（1 中国空间技术研究院 2 北京空间机电研究所）

Statistics and Analysis of Small Body Exploration Mission

截至2016年底，世界各国针对月球以远的太阳系天体共开展过244次探测活动，其中专门的小天体探测任务为14次，仅次于月球（114次）、火星（43次）和金星（41次）探测任务。此外，包括“国际彗星探测者”（ICE）、“维加”（Vega）、“伽利略”（Galileo）在内的8次其他天体探测任务在扩展任务阶段和飞行过程中也对小天体进行了飞越探测，称为扩展小天体探测任务。这22次任务针对不同的小天体进行了探测，实现了飞越、撞击、环绕、着陆和采样返回等多种探测形式，取得了一系列重大的探测成果。美国、日本、欧洲航天局（ESA）和俄罗斯等多个航天国家或机构都制订了明确的小天体探测计划，未来小天体探测仍将是空间探测的一个重要发展方向。

1 小天体探测发展历程分析

小天体探测的起步较晚，20世纪80年代，世界主要航天国家才开始关注小天体探测。小天体探测的发展主要可以分为2个时期，分别为1986年以前的探测热潮期和1996年以后的探测稳步发展期。小天体探测热潮期主要由哈雷彗星的到来引起，当时日本、欧洲、苏联和美国都参与了哈雷彗星的探测，共进行了3次专门的小天体探测任务和3次扩展小天体探测任务，这6次飞越哈雷彗星的探测任务被称为“哈雷舰队”，实现了对哈雷彗星的详尽观测；小天体探测稳步发展期由美国和日本引导，共进行了11次专门的小天体探测任务和3次扩展小天体探测任务，实现了从飞越到采样返回的各类小天体探测方式。在这两个主要的探测时期之间，美国还进行了2次扩展小天体探测任务。

小天体探测热潮期发生在空间探测的平静期（1980－1993年），整个平静期全球总共只进行了16次空间探测任务，其中6次任务参与了哈雷彗星的探测。当时，哈雷彗星将时隔76年再次返回内太阳系，科学家积极倡议开展对哈雷彗星的探测。日本和欧洲分别设定了针对哈雷彗星的探测任务，期望在小天体探测领域取得领先优势，苏联也决定令其“维加”探测器在完成金星探测后飞越哈雷彗星。而作为航天强国的美国在当时遭受财政问题，在1979－1988年的10年期间完全停滞了空间探测任务的发射，在此次哈雷彗星的探测热潮中并未设立专门的探测任务。但美国航空航天局（NASA）并不想放弃机会，提出了利用已经完成主要任务的国际日地探险者－3（ISEE－3）进行彗星探测，并在1983年将其更名为“国际彗星探险者”，开始彗星探测之旅。1985年12月，“国际彗星探险者”飞越贾可比尼－秦诺彗星，实现了首次彗星探测，取得了彗星探测的先机。1986年3月，“哈雷舰队”的6颗探测器对哈雷彗星进行了联合探测，获得了哈雷彗星的众多珍贵资料，同时也结束了小天体探测的热潮。

小天体探测任务

1986－1995年，小天体探测进入平静期，只有美国开展了2次扩展小天体探测任务。1996年开始，小天体探测重新开启，美国、日本、欧洲和中国都开展了对于小天体的探测任务，获得了小天体的诸多珍贵资料。同时，小天体探测也成为了先进空间探测技术的试验场，小推力推进技术、深空采样返回技术等都在小天体探测中得到了首次应用。在小天体探测稳步发展期内，各国主要以数量众多的小行星作为探测目标。其中，美国开展了数量最多、方式多样的小天体探测任务，日本成功实施了小行星采样返回任务，一举取得了小行星探测的领先地位，欧洲实现了彗星的环绕和着陆，中国的嫦娥－2完成了4179号图塔蒂斯小行星的飞越探测。未来10年内，小天体探测将保持每5年2～4次的任务发射频率，继续稳步发展。

从小天体探测开始以来，几乎所有火星以远的空间探测任务都加入了小天体探测的元素，包括“伽利略”、“卡西尼-惠更斯”、“新视野”等。这些任务在飞行过程中都会经过小行星带，因此美国航空航天局在设计这些任务的转移轨道时均考虑令其顺便探访小天体目标，这样做有益于提高任务的科学回报。

2 小天体探测进展分析

经过30余年的发展，世界主要航天国家在小天体探测方面都取得了不同程度的进展。美国在探测次数上占据绝对的优势，共开展了7次专门的小天体探测任务，其中彗星探测任务3次，小行星探测任务4次，另有5次其他探测任务在转移期间或扩展任务期间对小天体进行了探测；日本紧随美国之后，共开展了5次专门的小天体探测任务，包括2次彗星探测任务，3次小行星探测任务；欧洲则开展了2次专门的小天体探测任务，都是围绕彗星展开的探测任务；苏联利用金星探测器进行了2次彗星探测任务，中国利用月球探测器进行了1次小行星探测任务。

所有探测小天体的空间探测任务统计

这22次任务中，很多探测器进行了多个小天体目标的探测，小天体共计被探测了26次（包括灶神星和谷神星），其中被探测多次的小天体有哈雷彗星（6次）和坦普尔－1彗星（2次）。换句话说，人类目前已经实现了对20颗小天体的探测，其中美国探测了14颗小天体，日本探测了2颗小天体，欧洲探测了5颗小天体，苏联探测了1颗小天体，中国探测了1颗小天体。美国、欧洲、日本、苏联都探测了哈雷彗星。

小天体探测任务的探测目标及探测方式统计

按照探测方式考虑，小天体探测大多为飞越探测，环绕、着陆以及采样返回的次数很少。这是因为环绕和着陆的难度较大，并且很多次小天体探测不是主要任务目标。除了飞越探测以外，美国实施了1次彗星撞击，1次彗星飞越采样返回，2次小行星环绕，1次小行星环绕和着陆，“奥西里斯”仍在飞行途中；日本实施了1次小行星环绕和着陆采样返回，隼鸟－2则仍在飞行途中；欧洲则实施了1次彗星环绕和着陆。可以看出，美国在小天体探测任务多样性和探测深度上处于领先，日本和欧洲则分别在小行星和彗星探测上具有一定的优势。

3 未来小天体探测计划

小天体探测不仅具有空间资源利用和探测太阳系起源的意义，还是火星载人探测技术试验的关键阶段之一。另外，小天体对地球存在潜在碰撞威胁也引起了巨大的关注。目前，美国和日本都制定了明确的小行星探测计划，其他航天国家也表达了实施小行星探测的意愿。

美国计划在2025年前再实施数次小行星探测任务，包括与欧洲航天局合作实施的“小行星撞击与偏转评估任务”（AIDA），以及2017年新选定的两项隶属于“发现计划”的小行星探测任务“露西”（Lucy）和“赛姬”(Psyche)等。

日本通过小行星采样探测，走出了独特的空间探测之路，并取得了巨大的成功。未来，日本将继续发展小行星采样返回探测，使日本空间科学研究和空间探测技术得到进一步的发展。2014年，日本成功发射了隼鸟－2，目标是对C类小行星1999 JU3进行采样返回任务，该任务现在还在飞向目标的旅途当中。

其他国家方面，俄罗斯对小行星阿波菲斯的探测计划尚在定义阶段，韩国方面宣称将于2032年发射小行星采样返回探测器，印度方面也表示将适时开展小行星探测。