2017年 国外空间探测发展综述

卢波 （北京空间科技信息研究所）

受空间探测任务发射窗口限制和某些型号任务研制计划推迟的影响，2017年全球空间探测领域稍显平静，多个型号项目处于关键技术研发和地面试验过程中，没有进行新的发射任务。2017年，全球有2次空间探测任务圆满结束，有28个探测器正在在轨工作或在飞行途中。总的来看，全球空间探测活动继续稳步发展，各国空间探测项目持续推进，科学探测不断取得新成果和新突破，同时商业空间探测项目实现快速发展。

按照探测目标的不同，这些在轨飞行或工作的空间探测器分别是火星探测器8个，月球探测器4个，小行星探测器3个，金星探测器1个，木星探测器1个，冥王星探测器1个，太阳探测器5个，行星际探测器2个，空间技术试验器1个，以及地球轨道以远深空天文望远镜2个。按所属国家划分，这些在轨飞行的深空探测器分别是美国17个，欧洲4个，日本4个，印度1个。

各国实施的空间探测任务总次数1）

1 各国空间探测任务现状及发展态势

美国

美国在空间探测领域处于绝对的领先和优势地位。截至2017年底，美国共有17个空间探测器在轨工作或在飞行中。

随着特朗普总统在2017年1月20日正式上任，提出美国国家航空航天局（NASA）应当以空间探测活动为主。美国国会2017年重新审视了美国未来的太空探索战略，取消了奥巴马时期的载人登陆小行星项目；强调美国要致力于维持美国在全球太空领域的领导地位，并宣布将重启登月计划，推动空间技术发展到更高程度，在21世纪结束前实现太阳系载人探索目标。

2017年，美国除了继续推进以火星探测为重点的各型号研发计划，还将目光瞄向太阳系的更远端天体（天王星和海王星）以及过去探测不够深入的天体（金星）。8月，美国与俄罗斯正式达成协议，将共同对金星展开新一轮探测研究，合作实施金星环绕和着陆任务。9月底，美俄签署联合声明，将合作建造名为“深空之门”（DSG）的月球轨道空间站，将其作为国际合作探索月球表面和更远深空的门户和前哨站。虽然美俄两国在国际事务中存在诸多分歧，但并未影响两国在空间领域的国际合作。

2017年，美国在深空领域引人关注的重要事件还有“卡西尼”（Cassini）土星探测器的使命终结。9月15日，已在太空飞行近20年的“卡西尼”从土星云端上方约1915km处，以113000km/h的超音速冲入土星大气。1997年发射的“卡西尼”是目前唯一进入土星环绕轨道的空间探测器，获得一系列重要科学发现，如土卫二存在全球性海洋、土卫六存在液态甲烷海洋，在土卫二喷出的羽流中探测到氢等，这意味着土卫二具备了生命存在的几乎所有已知要素，这对未来的地外生命探索具有重要意义。“卡西尼”任务的成功将对全球后续的土星探测规划产生重大影响。

美国未来将通过各类空间探测任务的实施，继续占领世界空间探测技术的前沿，保持其空间探测领域霸主地位。

“深空之门”月球轨道空间站设想图

（1）推进以火星探测为重点的多个项目，积极开发“火星之旅”所需技术

美国未来的深空探测将继续以火星探测为重点，围绕火星生命搜寻、地质勘察、环境气候和水的蕴藏量开展研究。

目前，NASA正在研究40余项用于未来火星任务的新技术，包括先进火箭技术、光通信技术、先进机器人、先进结构与材料、核动力推进系统、先进太阳帆技术、超音速减速系统、精确着陆技术、原位资源利用技术、辐射防护技术、先进热管技术、先进表面移动系统、先进观测平台技术等。美国未来计划发射的火星探测任务包括，2018年发射“洞察”（InSight）火星着陆器，2020年发射“火星-2020”（Mars-2020）漫游车，2022年发射新型轨道器“火星-2022”。其中，“火星-2020”将是未来潜在多任务火星项目（火星采样返回）的第一步，即将经过仔细选择和密封的火星样本送回地球，为将来的载人火星任务奠定技术基础。

（2）重启登月计划，为载人登陆火星和探测其他目标奠定基础

奥巴马政府在2010年4月调整了美国的载人探索战略，取消了小布什的重返月球“星座”（Constellation）计划，提出了2025年实施载人登陆小行星任务的设想。NASA于2013年提出了“小行星重定向任务”（ARM），然而，该计划自提出以来就一直存有异议。随着特朗普总统2017年开始主政，美国载人深空探索战略再度进行了调整。3月，美国国会在2018财年预算案中取消了“小行星重定向任务”。10月，美国宣布将重启登月活动，通过载人登月计划为今后的载人登陆火星和其他探测目标奠定基础。

NASA还在寻求商业化月球探测的途径，2017年NASA重点评估了2018-2030年利用商业化的月球着陆器提供着陆服务的可能性，以开展月球矿物勘察、原位资源利用以及技术验证等工作。2017年9月，NASA先进探索系统部发布了一份信息征集书，希望业界提供“小型载荷运输工具，最早能在2017-2020年进行首次飞行，把货物和设施送上月球”，目的在于填补载人或机器人探月和月球科学研究之间的空白。

安装太阳电池翼的“洞察”火星着陆器

NASA计划通过国际合作或商业着陆器在2018-2020年发射“资源勘探者”（Resource Prospector）月球车，开展月球资源勘探。NASA还计划在2019年发射“猎户座”（Orion）飞船的探索任务-1（EM-1）无人绕月任务中搭载立方体卫星，后者将部署在5km×12km低高度绕月极轨道，探索月球南极区域土壤的氢含量，寻找月球水冰，以支持未来的载人探索任务。

（3）确立2项新的小行星任务，研究太阳系及太阳系的起源

小行星探测对于揭示太阳系的起源方面具有特殊价值，在全球实施的7次小行星任务中美国占了5次。美国已实现了小行星的环绕和着陆探测，2016年9月发射的“欧西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex）小行星采样返回探测器正在飞往贝努（Bennu）小行星的途中，预计2023年9月携带小行星样本返回地球。

2017年1月，NASA在“发现”（Discovery）计划的框架中又选定了2项新的小行星任务，分别是探测木星特洛伊小行星群的“露西”（Lucy）任务和探测小行星带中金属小行星灵神星（Psyche-16）的“赛奇”（Psyche）任务。“露西”预计2021年发射，将首次近距离研究木星特洛伊小行星，可获得太阳系形成和演化的关键信息；“赛奇”预计2023年发射，探测Psyche-16铁-镍金属小行星，可获得太阳系形成早期的重要线索。

（4）实施木星及其卫星探测任务，开展近太阳探测

搜寻地外生命，揭示太阳系起源是进行深空探索的重要科学目标之一，木星/土星及其卫星将成为NASA在未来10年的重要探测目标。

NASA计划在2022年发射“快帆”（Clipper）木卫二轨道器。为规避木卫二的强辐射环境，“快帆”不是环绕木卫二飞行，而是围绕木星飞行，在3.5年的时间里近距离飞掠木卫二45次。NASA还提出在“快帆”任务以后择期发射木卫二着陆器，将对木卫二表面、大气以及可能存在的海洋进行更深入的探测。2017年5月，NASA开始向科学界征集木卫二着陆器科学载荷的建议。

NASA将在2018年7月30日～8月18日发射“帕克”（Parker）太阳探测器，将首次飞抵太阳外大气层的日冕区域，对太阳实施近距离详细探测，探测器将在6年的时间里绕飞24圈逐渐接近太阳，近日点距离太阳仅600万千米。这里是从未有任何航天器涉足接近过的区域，探测器必须能够承受500～1400℃的高温，还要抵御高强度的太阳辐射环境。开展近太阳探测将增进人类对太阳及其他类似恒星的认识，并促进太阳系的其他探测活动。

此外，NASA还启动了对太阳系最远端的天王星或海王星开展环绕探测的初步研究，预计将于21世纪30年代发射。20世纪80年代，旅行者-2（Voyager-2）探测器以飞掠的方式造访了这2颗冰巨行星，至今已过去了近30年。太阳系八大行星中，只有天王星和海王星还未以环绕的方式进行探测。

欧洲

欧洲进行了月球、火星、金星、土星、太阳以及彗星等天体的探测，并于2014年实现了世界首次彗星环绕和着陆探测，在空间探测技术能力上仅次于美国。目前，欧洲有4个在轨运行的探测器，分别为“火星快车”（Mars Express）火星轨道器、“痕量气体轨道器”（GTO）火星轨道器、“太阳日光层观测台”（SOHO）太阳探测器以及“盖亚”（Gaia）空间天文望远镜。

“LlSA探路者”发射及入轨

2017年，欧洲没有发射新的空间探测器，有1项空间验证任务完成使命，即2015年12月发射的“LISA探路者”（LISA Pathfinder）在轨进行了16个月的引力波探测技术验证试验，于2017年6月底完成了任务使命。

目前，ESA正稳步推进2020年的“火星生物学”（ExoMars）着陆/巡视任务，研制“宇宙愿景2015-2025”框架下的空间科学任务，还提出了建造“国际月球村”的构想。

（1）继续通过国际合作途径推进火星探测和月球探测

火星探测和月球探测作为当前空间探测的重点探测目标，是ESA“曙光”（Aurora）计划的旗舰任务。该计划自实施以来就面临缺乏资金以及技术攻关等多重挑战。从目前看，欧洲未来将继续通过国际合作方式实施火星及月球探测。

在火星探测方面，E S A正在与俄罗斯开展国际合作，目前已经和俄罗斯航天国家集团（ROSKOSMOS）合作于2016年成功发射了第一次任务“火星生物学-2016”（ExoMars-2016），并将于2020年联合实施第二次任务“火星生物学-2020”火星着陆/巡视任务。

此外，法国国家空间研究中心（CNES）与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）于2017年4月签订了合作开展“火星卫星探测”（MMX）的协议。该任务计划于2024年发射，将对火卫一和火卫二进行探测和采样，并于2029年将样本带回地球。

在月球探测方面，ESA正通过与俄罗斯合作积极推进月球探测，将参与俄罗斯的月球着陆任务。ESA与俄罗斯已确定将在2021年合作实施月球-27（Luna-27）月球极区着陆/巡视任务，探索月球极区资源。目前，ESA正在研制“领航者”（Pilot）月球着陆系统和月球-27任务的先进科学载荷。欧洲还开展了立方体卫星探索月球的概念研究，旨在寻求低成本月球探测的解决方案。2017年5月，ESA选定了4项立方体卫星探测月球的概念进行进一步研究，这些任务概念主要是通过1～3颗6U或12U立方体卫星对月球环境进行探测。

（2）在“宇宙愿景2015-2025”框架开展各类空间科学任务

“宇宙愿景2015-2025”是欧洲正在实施的空间科学计划，ESA将除火星和月球探测以外的空间科学项目均纳入该计划的框架内。2017年6月，ESA科学计划委员会将“激光干涉仪空间天线”（LISA）引力波探测任务正式选定为“宇宙愿景2015-2025”空间科学计划的第3个大型任务。

目前，“宇宙愿景2015-2025”计划已经确定了7项任务，包括3项大型任务、3项中型任务和1项小型任务，分别是计划2022年发射的“木星与冰层卫星探测器”（JUICE）、2028年的“雅典娜”（Athena）空间望远镜和2034年的LISA引力波探测任务等3项大型任务，2018年的“太阳轨道器”（SO）、2020年的“欧几里得”（Euclid）空间望远镜和2026年的“柏拉图”（PLATO）系外行星搜索空间望远镜等3个中型任务，及1项计划2018年发射的“系外行星观测卫星”（CHEOPS）小型任务。

欧日合作的水星探测任务“贝皮-科伦布”（Bepi-Colombo）也属于“宇宙愿景2015-2025”框架下的科学任务，2017年已经通过发射配置下的最后测试，将于2018年5月发射。

俄罗斯

俄罗斯开展了月球、火星、金星和彗星的探测，在月球和金星探测领域曾取得众多成就，但探测器大多是在20世纪苏联时期发射的，20世纪90年代以来仅实施了2次火星探测任务，均遭遇失败。俄罗斯目前正与ESA合作实施“火星生物学”的2次任务。第一次任务（轨道器/着陆器）已于2016年搭乘俄罗斯“质子”（Proton）运载火箭成功发射；第二次的火星着陆/巡视任务计划于2020年发射，由俄罗斯提供运载火箭和着陆平台，巡视器由ESA研制。

2017年，俄罗斯没有发射新的空间探测任务。面对其他航天国家纷纷开展空间探测活动的大环境，俄罗斯在积极制定未来空间探测规划的同时，努力寻求国际合作以解决资金缺乏问题。目前，俄罗斯除了与欧洲合作实施火星探测外，在月球探测方面还与欧洲、中国、印度等达成了合作协议，在金星探测方面与美国达成了合作协议。2017年，俄罗斯在国际合作方面还取得另一个重大进展，将与美国合作建设“深空之门”月球轨道空间站。这标志着美俄将再度携手，共同打造人类前往更远深空的前哨平台。

（1）出台新的10年规划，以月球探测为发展重点

根据俄罗斯2016年正式出台的新10年规划《2016-2025年联邦航天发展规划》。未来10年，俄罗斯将重点开展机器人月球探测，并继续开展“火星生物学”国际合作火星项目，同时也将探测太阳系其他天体。俄罗斯还提出了建设月球基地的长远计划，2017年10月，俄罗斯能源火箭航天集团（RKK Energia）宣布，将于2040-2050年建成月球基地

目前，俄罗斯规划的5次月球探测任务（月球-25～29）已经获得立项批准，任务依次为2019年的“月球-水珠”（Luna-Glob）着陆器、2020年的“月球-水珠”轨道器、2021年的“月球-资源”（Luna-Resurs）着陆/巡视任务、2024年的“月球-土壤”（Luna-Grunt）着陆/巡视任务，以及2025年后的“月球-土壤采样返回探测器”（Luna-Grunt Sample Return Vehicle）采样返回任务。

（2）国际合作取得新进展，金星探测再度出发

空间探测领域的开放性为美俄空间合作提供了平台，而国际合作也为俄罗斯再度向深空领域出发创造了机会。基于欧俄合作的“火星生物学-2016”成功发射，俄罗斯在火星探测领域已与欧洲达成良好合作关系，双方将在2020年继续合作实施“火星生物学-2020”任务。该项合作还为欧俄在月球领域的合作奠定了基础，双方已确定在月球极区着陆项目上继续展开合作。

2017年8月，俄罗斯与美国达成协议，将在2025-2026年共同实施金星探测任务，对金星进行新一轮环绕和着陆探测。俄罗斯和美国在金星探测方面都曾取得了卓著成就，在20世纪60-80年代末，俄罗斯发射了33个金星探测器，美国发射了6个。由于金星有浓厚的大气层，受当时观测技术所限，金星仍有诸多未解之谜。此次双方达成新的合作，将运用新的技术对金星展开更深入的探测。

日本

日本主要开展了月球、火星、金星、小行星、彗星和太阳探测，在小行星探测领域居世界领先。2017年日本未发射新的空间探测器，其在轨和在途的空间探测器有4个，即“拂晓”（Akatsuki）金星探测器、“伊卡洛斯”（IKAROS）太阳帆飞行器、隼鸟-2（Hayabusa-2）小行星采样返回探测器和“南河三”（Procyon）小行星飞越试验探测器。

2017年，日本在金星探测方面取得了科学研究进展。9月，日本JAXA宣布“拂晓”探测器发现距离金星表面45～60km高度的低、中云层区域存在快速大气流，且风速在赤道附近时的速度最快。JAXA将该现象命名为“金星赤道喷射”，对该现象的研究将有助于解释长久以来关于金星的重大谜题之一，即金星的“超旋”现象。

日本在小行星探测方面持续保持优势。日本在2010年实现了世界首次小行星采样返回，其第二次小行星任务隼鸟-2于2014年12月发射，将于2018年7月抵达龙宫（Ryugu）小行星，随后将对其进行为期1.5年的探测活动，预计将于2020年12月携带小行星样品返回地球。

在空间探测领域，日本秉承发挥优势积极参与的原则，在月球、小行星、金星探测方面已有所建树。日本计划2018年发射与欧洲合作的“贝皮-哥伦布”水星探测器，2019年发射“小型月球着陆探测器”（SLIM），2024年与法国合作实施“火星卫星探测”火卫一采样返回任务等。

印度

“拂晓”金星探测器在轨飞行示意图

印度已实施了1次月球探测和1次火星探测，2017年印度未发射新的空间探测器，正积极推进其“十二五”规划中提出的空间探测项目。目前，印度有1个探测器在轨运行，即2013年发射的“曼加里安”（Mangalyaan）火星轨道器。2017年6月19日，印度空间研究组织（ISRO）宣布“曼加里安”实现在轨工作1000天，截至当时，探测器环绕火星运行388圈，向地球传回700余幅图像。

未来，印度将继续推进月球和火星探测，开展国际合作，并积极扩展其空间探测的研究领域，探测目标包括月球、火星、金星和太阳。在月球探测方面，印度计划于2018年3月用地球同步卫星运载火箭-Mk2（GSLV-Mk2）发射月船-2（Chandrayaan-2）探测器，探测器由轨道器、着陆器和月球车组成，届时将一次实现对月球的“绕落巡”探测。在火星探测方面，计划于2021年左右发射曼加里安-2火星探测器，并可能与法国合作实施该任务。印度还提出未来将开展金星探测，2017年进行了金星任务提案的征集，计划于2020年左右实施金星环绕探测任务，可能与美国就电推进技术展开合作。在太阳探测方面，印度计划于2019年或2020年发射阿迪亚-L1（Aditya-L1）太阳探测器，运行于日地拉格朗日L1点轨道，将对太阳日冕和磁场进行探测和研究。

其他国家和地区

2017年，其他国家和地区也在积极谋划空间探测的新计划，重视参与国际空间探测活动，分享科学成果。阿联酋在2015年提出将于2020年7月发射“希望”（Hope）火星探测器。此外，阿联酋还计划在迪拜建立一座耗资1.36亿美元的“火星科学城”，用于模拟火星上的生存环境。阿联酋目前正积极与俄罗斯接洽开展空间合作，已与俄罗斯航天国家集团达成协议，俄方将在阿联酋培养航天员方面提供帮助，也将为阿联酋的“火星科学城”项目提供技术咨询。

韩国提出了“2 0 4 0太空计划”，计划于2019/2020年先通过国际合作发射“韩国月球轨道器”（KLPO），2020年之后再利用本国研发的运载火箭发射月球着陆器。

巴西计划于2020年12月向月球轨道发射“探寻生命”（Garatea-L）纳卫星，任务目标是搜集有关月球表面的基本数据，并进行有关人体微生物、分子和细胞等科学实验。

加拿大也通过国际合作参与空间探测活动，将为美国的“火星-2022”轨道器提供雷达探测仪，该雷达可为火星着陆任务提供关键的地理信息。

商业空间探测

近年来，除主要航天国家和机构的空间探测计划外，许多民营公司和科学团队也开始涉足空间探测领域。美国月球快车公司（Moon Express）于2016年获得了美国联邦航空管理局（FAA）颁发的向月球发射着陆器的许可证。这是美国政府首次批准私人公司向地球轨道以远发射航天器。美国政府还表示，将进行商业航天领域的监管改革，以简化审批业务，促进地球轨道以远空间任务的商业化。ESA也表示，将激励私营部门对空间探索项目进行投资和参与研发，并将其纳入业务合作伙伴和未来潜在客户。

2017年1月，美国月球快车公司进一步启动了融资计划，提出将在月球表面进行一系列勘探任务和商业活动，正在开发MX系列着陆器，并计划2018年发射MX-1E月球着陆器。7月，月球快车公司对媒体公布了其月球探测架构，计划2020年在月球南极建造月球前哨站。美国宇宙机器人技术公司（Astrobotic Technology）推出了名为“游隼”（Peregrine）的月球着陆器，计划2019年发射，可向企业、政府、大学和科学机构等提供有效载荷空间进行月球探测和研究。美国马斯腾空间系统公司（Masten Space System）开发了XL-1月球着陆器，预计2020年发射。

2017年2月，美国太空探索技术公司（SpaceX）CEO马斯克宣布，该公司计划在2018年底采用龙-2（Dragon-2）飞船进行绕月飞行任务。2017年3月，欧洲的一个科研团队宣布已建好月球着陆器和漫游车，计划在2018年搭乘SpaceX公司的猎鹰-9（Falcon-9）运载火箭到达月球。

2 结束语

空间探测是人类探索宇宙奥秘、拓展人类活动疆域、理解太阳系的起源和演化过程、维护地球家园可持续发展的必然选择。从全球看，除了目前已开展空间探测活动的国家外，韩国、阿联酋、巴西等也纷纷制定和启动了月球及火星探测计划，未来几年月球和火星探测将迎来发射高峰。空间探测的科学性、探索性和开放性，使其成为各国开展空间领域国际合作、实现高新尖技术突破和获取创新科学成果的有效平台。随着商业航天在近地轨道的成熟和快速发展，近年来已呈现由近地轨道向地球轨道以远深空领域延伸的发展态势，商业空间探测项目在近年取得了可喜进展。可以预见，未来的空间探测将呈现国家机构为主、商业航天参与、多种任务模式结合、发挥各自优势的全新格局。