2020 年国外深空探测领域发展综述

张扬眉（北京空间科技信息研究所）

2020 年，全球共发射5 次深空探测任务，分别是欧洲的“太阳轨道器”（SolO）、阿联酋的“阿联酋火星任务”（EMM）、中国的天问一号、美国的“火星2020”（Mars 2020）以及中国的嫦娥五号。

截至2020 年底，国外共发射250 次深空探测任务，其中，月球任务112 次，火星任务46 次，金星任务41 次，太阳任务17 次，土星木星任务7 次，彗星任务7 次，小行星任务6 次，水星任务3 次，其他任务11 次。

截至2020 年底，国外共有34 个深空探测器在轨，按探测器类型分：月球探测器4 个，火星探测器10 个，金星探测器1 个，太阳探测器7 个，木星探测器1 个，小行星探测器2 个，水星探测器2 个，其他探测器7 个；按所属国家分：美国20 个，欧洲6 个，日本4 个，印度2 个，俄罗斯1 个，阿联酋1 个。

1 欧洲发射“太阳轨道器”，将近距离观测太阳极区

2020 年2 月10 日，欧洲航天局（ESA）发射太阳抵近探测任务—“太阳轨道器”。“太阳轨道器”最近将距离太阳仅60 个太阳半径，即约0.28AU（约4.2×107km），将首次获取太阳极区的图像，对太阳极区进行近距离观测，并对日球层和太阳风进行详细测量，从而揭示日球层的产生和变化，增进人们对太阳的认知，并帮助更好地了解和预测空间天气。12月27 日，“太阳轨道器”进行了首次金星借力飞行。

“太阳轨道器”是欧洲首次太阳抵近探测任务，最接近太阳处约为4.2×107km，比水星更接近太阳。此前，美国于2018 年发射全球首个太阳抵近探测任务—“帕克太阳探测器”（PSP）。尽管其“太阳轨道器”没有“帕克太阳探测器”距离太阳近，但相对于黄道面的轨道倾角更大，能够从更高纬度对太阳进行观测。1990 年发射的ESA 与美国国家航空航天局（NASA）合作开展的“尤里塞斯”（Ulysses）任务，曾首次对太阳两极进行了探测，但该任务没有携带相机，因此相关探测数据的空白可由“太阳轨道器”补充。

ESA 与NASA 在太阳探测方面有着长期的合作，双方一直在共同推进人类对于太阳的认知。在ESA牵头的“太阳轨道器”任务中，NASA 提供了1 个科学仪器以及运载火箭。此外，ESA 的“太阳轨道器”将与NASA 的“帕克太阳探测器”在研究太阳方面紧密配合。

“太阳轨道器”已准备好与太阳近距离接触（来源：Airbus）

2 阿联酋发射“阿联酋火星任务”，阿拉伯世界深空探测首秀

7 月19 日，阿联酋首个火星探测任务—“阿联酋火星任务”起航，名为希望号（Hope）的火星轨道器搭乘日本H－2A 火箭发射升空。希望号火星轨道器已于2021 年2 月9 日开始环火，将研究火星天气的每日变化和季节性变化、沙尘暴等低层大气中的天气事件，以及火星不同区域的天气变化。如果成功，阿联酋将成为首个访问火星的西亚国家。

阿联酋希望号火星轨道器在轨飞行示意图（来源：UAE）

“阿联酋火星任务”是在阿联酋航天局（UAE Space Agency）成立之后立项的，承载了阿联酋发展航天的决心和希望。阿联酋寄希望于通过此次任务的实施，推动其基于知识的经济发展战略，促进经济的多元化发展。该任务被描述为阿联酋未来发展的新希望，将促进阿联酋后石油经济时代的发展。本次任务的开展将帮助培养阿联酋航天管理人员、工程技术人员和科研人员，推动教育和学术部门的发展，同时还将激励年轻一代对科学和创新的热情，并且向世界传达阿联酋以及阿拉伯人民的雄心和能力。

“阿联酋火星任务”采用了一种新颖的研制方法，即与具有长期深空探测经验的团队进行合作，避免本土开发技术花费过长的时间。同时，相比于直接购买探测器，还可以培养本国的人才、快速构建深空探测能力。该任务团队包括150 名阿联酋工程师，以及200 名来自美国的工程师和科学家。

3 美国发射毅力号火星车，迈出火星采样返回第一步

2020 年7 月30 日，美国用宇宙神－ 5 － 541（Atlas－5－541）运载火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射“火星2020”探测器。该探测器携带毅力号（Perseverance）火星车，已于2021 年2 月19 日成功着陆火星表面，工作时间为至少1 个火星年（687个地球日）。“火星2020”任务的科学探测目的是为探寻火星过去的宜居条件，探索火星表面远古的生命痕迹，并采集火星岩石和土壤样品，将其存储在容器中，供未来的火星采样返回任务带回地球。

美国毅力号火星车及携带的一架名为机智号（Ingenuity）的火星直升机（来源：JPL）

4 在轨深空探测任务实现多项里程碑，并继续取得大量科学成果

2020 年，国外1 个深空探测器失效，即美国“斯皮策空间望远镜”（SST）；其他在轨的34 个深空探测器实现多项里程碑，并继续取得大量科学成果。

月球探测方面，10 月，NASA 宣布其“平流层红外天文学观测台”（SOFIA）首次在月球表面上有阳光照射处发现了水。该发现表明，水可能广泛分布于月球表面，而不仅限于那些寒冷并位于阴影中的区域。在月球极区以外的区域发现水，为未来在极区以外进行载人探月活动提供了新的机遇。

火星探测方面，NASA“火星奥德赛”（Mars Odyssey）轨道器于2019 年冬季和2020 年春季共拍摄了3 张火卫一（Phobos）的新图像，捕捉到火卫一进入和离开火星阴影的图像，有助于研究火卫一是否是火星捕获的一颗小行星或者是经历碰撞后从火星脱离的一部分；6 月，欧洲的“火星生物学”（ExoMars）“示踪气体轨道器”（TGO）探测到火星大气中发光的绿色氧原子，这是首次在除地球之外的星体上观察到此类现象；NASA 的洞察号（InSight）着陆器“火星地震”探测数据获得新成果，有助于对行星的内部地质结构进行建模和监测，以及火星上例如水冰等资源勘探。

在火星表面运行的洞察号火星着陆器（来源：NASA）

美国“欧西里斯-雷克斯”探测器（来源：Lockheed Martin）

小行星探测方面，10 月20 日，美国“欧西里斯-雷克斯”（OSIRIS-REx）小行星探测器以“一触即离”（Touch and Go）方式接触贝努（Bennu）小行星表面，停留数秒后，按预定计划飞离小行星，完成小行星的首次采样，并将样品封存在样品返回舱中，准备2021 年3 月离开贝努小行星，最终将于2023 年9月返回地球。

12 月5 日，日本隼鸟－2（Hayabusa－2）小行星探测器的样品返回舱成功着陆在澳大利亚伍默拉禁区，带回了从龙宫（Ryugu）小行星采集的样品，实现了人类第二次小行星采样返回。隼鸟－2 于2014 年12 月3 日发射，是日本第二个小行星采样返回探测器，也是日本2003 年发射的“隼鸟”探测器的后继型号。此前，隼鸟－2 向龙宫小行星投放了多个小型机器人，并采用“一触即离”的采样方式，从撞击坑内成功采集到小行星样品。

水星探测方面，欧日合作的“贝皮-科伦坡”（BepiColombo）水星探测器成功完成了地球借力飞行和金星借力飞行，首次飞越金星，并拍摄到了金星的图像，预计2025 年抵达水星。

金星探测方面，9 月，来自多国的研究团队发表论文称，在金星大气层中发现了磷化氢，这为人类突破性发现地外生命提供了积极信号。此次发现对金星是否存在生命的科学主题意义重大，该研究团队后续将继续进行进一步的研究和分析。

木星探测方面，美国“朱诺”（Juno）探测器原计划于2021 年7 月终结任务，但目前NASA 正在研究将任务延期到2025 年9 月。

其他探测方面，欧洲“系外行星特征卫星”（CHEOPS）完成试运行阶段，进入科学运行阶段；俄罗斯“光谱-伦琴-伽马”（Spektr-RG）探测器完成巡航飞行后，抵达L2 点，开始科学探测活动。

日本隼鸟－2 探测器（来源：JAXA）

“贝皮-科伦坡”水星探测器计划于2025 年抵达水星（来源：ESA）

5 在研任务取得稳步进展，全球深空探测活动未来可期

2020 年，国外在研的深空探测任务取得稳步进展。任务规划方面，美国与欧洲继续推进火星采样返回任务方案研究，提出2032 年采样返回任务框架的修订版本；筛选出4 项“发现计划”（Discovery Program）的候选方案，探测目标包括金星、火卫一和海卫一；筛选出“行星探测小行星创新任务”（SIMPLEx）计划下的三项任务，即“双面神”（Janus）、“月球拓荒者”（Lunar Trailblazer）、“逃离与等离子体加速和动力学探测器”（EscaPADE）。其中，“月球拓荒者”将拍摄月球表面蕴含了水冰或水的岩石的高分辨率图像，以支持NASA 的“阿尔忒弥斯”（Artemis）载人登月任务；“双面神”任务将探测双元小行星系统，研究其形成和演化历史，建立双元小行星系统的精确模型；“逃离与等离子体加速和动力学探测器”将研究火星大气逃逸的加速过程，以及火星大气是如何受到太阳风持续影响的，目前该任务仍处于规划阶段。任务研发方面，受到新冠疫情和技术问题因素的影响，“詹姆斯-韦伯空间望远镜”（JWST）延期至2021 年10 月发射；“露西”（Lucy）小行星探测任务将于2021 年10－11 月发射。

“詹姆斯-韦伯空间望远镜”示意图（来源：ESA）

欧俄合作的“火星生物学2020”任务延期至2022 年发射，其火星车降落伞通过高空坠落测试；欧洲继续与美国合作推进“小行星撞击与偏转评估”（AIDA）任务，其“赫拉”（Hera）探测器计划于2024 年10 月发射。

俄罗斯继续推进其无人月球探测任务，将于2025 年前开展3 次落月任务，分别为月球－25、26和27（Luna－25、26 和27），都将有ESA 的合作参与。其中月球－25 任务计划于2021 年10 月发射。

印度继月船－2（Chandrayaan－2）着陆失败后，积极研发其后继型号，将于2021 年底或2022 年初发射月船－3，携带着陆器和月球车在月球表面着陆。此外，印度将“舒克拉安”（Shukrayaan）金星探测任务推迟至2024 年发射，该任务将重点研究金星地表、地下、大气化学，以及与太阳辐射或太阳风的相互作用。

未来，全球深空探测将继续保持高热状态，集中于多类型月球任务、小行星采样返回和火星采样返回任务，任务类型更趋复杂，深空探测技术不断创新，科学探测的深度和广度不断扩展。