2018年国外空间探测发展综述

卢波（北京空间科技信息研究所）

世界空间探测活动经历半个世纪的发展，已步入稳步和快速发展阶段。2018年主要航天国家在空间探测技术和科学发现方面继续取得新的突破和成就，全球实施了4次新的空间探测任务，2次任务取得新成果，另有2个空间探测器结束使命。

截至2018年年底，美国、苏联/俄罗斯、欧洲、日本、中国、印度等国家和组织先后发射实施了250次空间探测任务。不考虑搭载任务，目前全球在轨工作或飞行途中的探测任务共有32次（包括34个探测器），其中火星探测器9个，月球探测器7个，小行星探测器2个，金星探测器1个，水星探测器1个，木星探测器1个，冥王星探测器1个，太阳探测器6个，星际探测器2个，深空技术试验器1个以及地球以远空间科学望远镜3个。按所属国家划分，分别是美国21个，欧洲5个，日本3个，中国4个，印度1个。

世界各国家和组织实施的空间探测任务次数

美国成功发射“洞察”火星着陆器

“洞察”（InSight）火星着陆器是美国国家航空航天局（NASA）的新型深度钻岩着陆器，于2018年5月5日在美国西海岸加利福尼亚州的范登堡空军基地搭乘宇宙神－5（Atlas－5）运载火箭发射升空。该任务将首次钻探火星表面以下5m深处，对火星内部结构进行深入研究，包括火星地壳、地幔和地核。

随“洞察”着陆器一起发射的还有2颗立方体卫星—火星立方－1（MarCO－1），首次利用立方体卫星进行了深空中继通信能力验证。这2颗立方体卫星在飞掠火星完成中继测试任务后，将继续飞入深空。这次试验任务将是立方体卫星向深空发展进程中的重要一步。

“洞察”经历6个月的巡航飞行，于11月27日抵达火星并成功着陆在火星赤道以北的埃律西昂平原（Elysium Planitia）。着陆器的进入、下降与着陆过程持续6.5min，采用防热罩、降落伞和反推火箭等综合手段来降低下降速度。“洞察”探测器的主任务期约为1个火星年（约2个地球年），即728个地球日。

MarCO－1成功为“洞察”着陆器的进入、下降与着陆提供了实时通信中继，验证了立方体卫星在深空探测任务中的可行性，为立方体卫星在未来深空任务中的应用开辟了新机遇。MarCO－A在飞越火星的过程中还进行了火星大气的测量；MarCO－B在“洞察”着陆后不久传回了拍摄的火星图像。

为提升公众对空间探索的关注，NASA还通过网络在世界范围为“洞察”征集了公众签名活动，将全球240多万人的名字刻在硅质薄片上，其中包括中国26万人的名字，随“洞察”一起飞往火星。

美国成功发射“帕克太阳探测器”

NASA“洞察”火星着陆器

NASA“帕克太阳探测器”示意图

2018年8月12日，NASA采用德尔他－4H（Delta－4H）重型运载火箭成功发射了“帕克太阳探测器”（Parker Solar Probe）。该探测器是世界首个飞进太阳日冕进行探测的航天器，任务目的是深入研究日冕和太阳风，并对可能影响人类日常生活的太阳风暴和空间天气进行预警。“帕克太阳探测器”将于2024年12月最终抵达距离太阳6.0×106km处，是迄今为止人造航天器最接近太阳的地方，将获得比以往太阳探测任务更清晰、更全面的成果，进而揭示日冕的能量和热量的流动机制，探索太阳风加速的原因。

“帕克太阳探测器”将在近7年的时间里利用7次金星借力飞行逐渐缩小环绕太阳的椭圆轨道，将近日点从35Rs（Rs为太阳半径）逐渐减小到约9.5Rs，最后抵达距离太阳约6.0×106km处。探测器的最终轨道为（5.9×106）km×（1.1×108）km的大椭圆轨道，相对于黄道面的轨道倾角为3.4°，轨道周期为88天。

在“帕克太阳探测器”之前，人类有史以来发射的距离太阳最近的探测器是1976年德国和美国合作发射太阳神－B（Helios－B）探测器，近日点为0.29AU，而“帕克太阳探测器”与太阳的距离则为太阳神－B与太阳的距离的1/7。因此，“帕克太阳探测器”将获得比以往太阳探测任务更清晰和更全面的探测成果。

“贝皮-科伦布”探测器组合体的飞行状态

欧日合作成功发射 “贝皮-科伦坡”水星探测器

“贝皮-科伦布”（Bepi-Colombo）是ESA与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）合作实施的水星探测任务，于2018年10月19日（北京时间10月20日09：45）搭乘阿里安－5ECA（Ariane－5ECA）运载火箭在法属圭亚那库鲁发射场发射升空。这是人类第三次探测水星，是首次采用2个轨道器组成的编队对水星展开探测，也是欧洲和日本首次尝试对距离太阳最近、温度极高的水星进行环绕探测。“贝皮-科伦布”预计将于2025年底飞抵水星，将对水星环境进行全面观测，寻找水星上的撞击坑，探测水星的大气、磁层、表面和内部结构，研究水星的起源和演化，并验证爱因斯坦广义相对论。

“贝皮-科伦布”探测器由“水星行星轨道器”（MPO）、“水星磁层轨道器”（MMO）、“水星转移模块”（MTM）和“MMO遮光罩及连接机构”（MOSIF）等四部分构成。其中，ESA负责研制“水星行星轨道器”、“水星转移模块”和“MMO遮光罩及连接机构”；JAXA负责研制“水星磁层轨道器”。

探测器组合体预计在2025年12月进入远水点为1.78×105km的绕水星大椭圆轨道，“太阳能电推进模块”先从“水星转移模块”分离出去，之后，启动化学推力器降低轨道高度，使探测器组合体进入400km×12000km的环绕水星大椭圆轨道，“水星磁层轨道器”与组合体分离，独立运行在该轨道上。之后，再启动化学推力器，使余下的组合体进一步降低轨道高度，进入400km×1500km的水星极轨道。此时“水星行星轨道器”与“水星转移模块”分离，独立运行在400km×1500km、倾角90°的环绕水星极轨道上。

目前，“贝皮-科伦布”探测器组合体飞行正常，在飞往水星的7.2年时间里将经历1次地球飞越、2次金星飞越和6次水星飞越，飞行大约9.0×109km的距离，预计2025年12月5日进入环绕水星轨道，此后将开始为期1年的主观测任务。“贝皮-科伦布”任务将通过2个轨道器的编队探测，首次实现对水星的最全面覆盖观测。

中国成功向月球发射2个探测器

由于嫦娥－4（Chang’e－4）在月球背面着陆，对地球不可见，需要通过中继卫星实现着陆器与地面的通信联系，以完成地面测控和科学数据传输。

2018年5月21日，承担嫦娥－4通信中继任务的“鹊桥”（Queqiao）由中国长征－4C运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空。6月14日，“鹊桥”飞抵距离月球约6.5×104km的地月拉格朗日L2点附近，进入环绕L2点的Halo轨道。“鹊桥”是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星。

“鹊桥”为降落在月球背面的着陆器与巡视器进行通信中继的示意图

玉兔－2巡视器全景相机对嫦娥－4着陆器成像

嫦娥－4着陆器地形地貌相机对玉兔－2巡视器成像

2018年12月8日，嫦娥－4由长征－3B运载火箭在西昌卫星发射中心发射成功。

嫦娥－4于2019年1月3日成功着陆在月球背面冯·卡门撞击坑内，携带的玉兔－2巡视器也在当天与着陆器成功分离，顺利驶抵月背表面。目前，着陆器和玉兔－2已完成互拍成像，下一步将开展对月球背面着陆点周围环境的进一步探测。

日本隼鸟－2探测器在龙宫小行星表面成功部署小型着陆器

2018年10月3日，日本隼鸟－2（Hayabusa－2）小行星探测器在距离龙宫（Ryugu，即1999JU3）小行星表面51m处，成功将“吉祥物”（MASCOT）小型着陆器投放到龙宫小行星表面。

隼鸟－2是日本第二次小行星采样返回任务，任务目的是对龙宫小行星进行探测和采样，并携带样品返回地球。隼鸟－2于2014年12月3日搭乘H－2A运载火箭从种子岛空间中心发射。经过3年半的飞行，于2018年6月底进入绕龙宫小行星运行的轨道。

美国“奥西里斯-雷克斯”探测器成功进入环绕贝努小行星的轨道

2018年12月31日，美国NASA于2016年发射的“奥西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex）小行星探测器成功进入环绕贝努（Bennu）小行星的轨道，距离该小行星中心约1.75km，创造了记录，此前尚无航天器如此近距离环绕这种小天体。贝努小行星直径仅500m，是人类航天器迄今在轨绕行的最小天体。

进入环绕贝努小行星轨道后，探测器将进行多次降轨机动，对贝努小行星进行1年半左右的详细测绘和采样点考察。2020年7月，探测器将根据科学团队确定的采样地点，进行下降和接近小行星表面的一系列操作，但并不着陆，而是利用TAGSAM机构的机械臂采集约60g的小行星样品。

完成采样后，探测器计划于2021年3月开始返回地球的旅程，预计于2023年9月到达地球。

美国“开普勒”空间望远镜因燃料耗尽结束使命

2018年10月30日，美国NASA宣布其2009年发射的“开普勒”（Kepler）空间望远镜因燃料耗尽结束任务使命。“开普勒”望远镜的设计轨道寿命为4年，实际在轨运行了9年多。

Hayabusa－2抵达龙宫小行星

“开普勒”空间望远镜在轨飞行示意图

“开普勒”空间望远镜是NASA于2009年3月7日用德尔他－2型运载火箭发射的天文观测空间望远镜，进入环绕太阳的日心轨道，是世界首个用于搜寻太阳系外类地行星的空间探测器。

在“开普勒”任务之前，人们只发现了大约80颗系外行星。截至2018年底，人类已确认发现了约3800颗系外行星，其中有2662颗是“开普勒”发现的，约占被发现类地行星总数的70%。“开普勒”的观测结果使我们可以将太阳系同银河系的其他行星系统进行联合比较研究。

美国“黎明”小行星探测器因燃料耗尽结束使命

2018年11月1日，美国NASA宣布其2007年发射的“黎明”（Dawn）小行星探测器因燃料耗尽结束任务使命。“黎明”是首个进入主带小行星轨道的探测器和首个环绕探测2个独立天体的探测器。

“黎明”探测器是NASA于2007年9月27日采用德尔他－2运载火箭发射的小行星探测器。任务目标是探测太阳系2颗最大的小行星灶神星（Vesta）和谷神星（Ceres），考察这2颗小行星的内部结构并进行对比研究，以确定小行星演化历史及水在演化过程中的作用，并最终揭示太阳系形成初期时的条件和过程。

“黎明”探测器是首次对灶神星和谷神星进行全面的探测，获得的数据资料对研究太阳系起源和演变、类地行星的形成过程等都具有重要科学意义。