開拓深空探測新領域

2020-06-22 金臺資訊

人民網-人民日報

1957年10月4日,第一顆人造地球衛星成功發射,人類進入太空時代,此後空間探測活動不斷拓展。1958年8月17日,人類第一次嘗試發射月球探測器先驅者0號,邁出人類深空探測第一步。通過深空探測,人類極大提升航天技術水平,取得大量科學探測成果,加深對地球、太陽系和宇宙的認識,促進對生命起源的探索。

多國推進深空探測

深刻影響社會發展

據不完全統計,截至2020年6月,人類已執行深空探測任務約260次;探測目標包括月球、太陽、大行星及其衛星、矮行星、小天體(小行星和彗星),乃至太陽系以外的天體。其中,飛行距離最遠的旅行者1號探測器,距離地球已超過200億公裡。

一般而言,人類深空探測活動可分為三個階段。第一階段從1958年到70年代末,以美蘇太空競賽為主導,20多年間發射次數高達174次;以1969年阿波羅11號實現載人登月和1977年旅行者1號、2號發射為代表,載人深空探測和無人深空探測取得重大進展。第二階段是上世紀80年代,隨著載人登月競賽結束,深空探測相對沉寂;10年內僅發射13次,主要以金星、火星和哈雷彗星探測為主,月球探測完全停滯。第三階段從上世紀90年代至今,新一輪以科學發現為主要目標的深空探測活動逐漸復甦,執行發射任務73次;歐洲、日本、中國、印度和以色列等國家和地區紛紛加入深空探測隊伍,一些商業機構也開始涉足深空探測。與一般航天任務相比,深空探測具有高風險性,需要在科學探索和技術驗證間綜合權衡,時間跨度大,公眾和社會關注度高。此外,商業航天的介入帶來全新機遇和挑戰。

面向未來,各主要航天國家和地區紛紛提出深空探測長遠規劃或任務計劃。從探測對象來看,一般由近及遠,月球是起點和前哨站,火星是月球之後主要探測熱點;小天體探測日益受到重視;對太陽的探測活動一直未曾間斷;火星和金星之外的大行星及其衛星探測活動任重道遠;一次發射針對多個目標、實現多種任務、採取多種形式探測,成為深空探測的重要途徑。從探測方式來看,一般包括飛越、硬著陸(撞擊)、環繞、軟著陸、巡視、無人採樣返回、空中駐留和載人探測等形式;對月球、火星等熱點目標,採取多次不同形式的探測任務交替進行,或在一次任務中採用多種探測手段組合的方式成為主流;科學探索和技術驗證相輔相成;載人深空探測是未來制高點和必然方向。深空探測主要關鍵技術包括行星際飛行技術、深空自主導航與控制技術、深空測控通信技術、智能控制技術、長壽命高可靠性技術、先進能源與熱控技術、複雜空間環境防護技術,等等。

總結起來深空探測有三大特點。第一,探索太陽系和宇宙的起源、發展和演化是深空探測的科學總目標。具體包括太陽系內各天體的起源、發展和演化,地外生命和水的存在,探索空間資源為後續開發利用做準備。第二,深空探測活動與科技進步良性互動,顯著推動新一代科技工作者快速成長,大大提高人類科技發展水平,對整個人類社會影響深遠。第三,深空探測對激發探索精神、凝聚國家和民族意志、增強民族自豪感具有重大意義。

我國探月工程穩步推進

共同實現探索宇宙夢想

經過幾代人辛勤耕耘與開拓,我國航天事業取得一系列重大成就:建立起完整配套的航天工程體系,積累了豐富的實踐經驗,在空間科學、空間技術和空間應用三大領域培養造就了一支高素質的科技人才隊伍,為開展深空探測奠定堅實的技術和物質基礎。事實證明,我們有能力走出地球、邁向深空!

上世紀80年代,我國科學家開始研究月球探測的可行性。上世紀90年代,成立「863月球探測課題組」對此進行研究論證。2003年,提出探月工程「繞、落、回」三步走戰略規劃。2004年,嫦娥一號工程立項實施,拉開中國深空探測的序幕。迄今為止,我國已執行5次月球探測任務,進行了6次發射。

嫦娥一號月球探測衛星於2007年10月24日成功發射,這是我國首次進行深空探測,是繼人造衛星、載人航天之後,中國航天第三個裡程碑,也是我國太空飛行器研製自主創新的典範;實現多項突破,掌握了一大批具有自主智慧財產權的核心技術,培養了我國深空探測的基本骨幹隊伍。嫦娥二號於2010年10月1日發射,其主要目標是:獲取高精度月球表面三維影像,為嫦娥三號選擇落月點打好基礎;開展深空探測系列共性關鍵技術在軌飛行驗證。在完成日地L2點和小行星飛越等拓展任務後,嫦娥二號成為我國首顆飛入行星際並環繞太陽飛行的探測器。

嫦娥三號於2013年12月2日發射,12月14日安全著陸於月球正面預選著陸區,成為新世紀人類首個在月球表面軟著陸的探測器。嫦娥三號任務實現我國首次地外天體軟著陸和巡視勘察,進一步完善探月工程體系,獲取大量科學數據,並取得變推力發動機推進、高精度自主導航等多項技術突破。

嫦娥五號飛行試驗器於2014年10月24日發射,11月1日其返回器精準安全著陸,服務艙重返地月L2點探測和環月軌道,完成月球引力借力變軌等多項拓展試驗。這次任務的圓滿完成,證明我國掌握了第二宇宙速度半彈道跳躍式再入返回技術,有能力開展月地往返多目標探測,開拓深空探測新領域。

嫦娥四號中繼星於2018年5月21日發射,2018年6月14日成功實施軌道捕獲控制,進入使命軌道,成為世界首顆運行在地月L2點的Halo軌道的衛星,並為其後嫦娥四號著陸器和巡視器實現月球背面探測提供通信中繼服務。嫦娥四號於2018年12月8日發射,2019年1月3日成功實現人類歷史上首次月球背面軟著陸,不但鞏固了我國已經掌握的月球軟著陸技術,還實現了在通信中繼支持下地外天體著陸和巡視探測的技術突破,獲得更多月球地質、資源等方面信息,取得一系列前所未有的科學認識和技術進步。

從嫦娥一號到嫦娥四號,我國已經取得連續執行5次探月任務、6次發射成功的佳績,不僅次數最多,而且成功率100%。這不但在人類探月歷史上絕無僅有,而且確立本世紀前20年我國在無人月球探測領域的領先地位。通過探月一期工程和二期工程,我國已掌握奔月和近月制動、對月球進行環繞、正面和背面軟著陸、巡視和月地返回探測等關鍵技術,同時形成較完整的探月工程體系、配套設施和人才隊伍。正在進行的三期工程將為我國實施後續的月球無人科研站和載人登月等任務,奠定更加堅實的技術基礎。

在穩步實施探月工程過程中,中國航天展示出的實力引起國際廣泛關注,增強了我國在深空探測領域的發言權。與此同時,我們在深空探測中的態度是開放的:嫦娥四號任務實現了廣泛的國際合作,收到良好效果,推動實現全人類探索宇宙的共同夢想。

努力實現航天夢強國夢

推動人類和平利用太空

2020年註定是我國深空探測不平凡的一年。按預定計劃,我國第一個火星探測器天問一號將於2020年7月發射。經7個月左右的飛行,天問一號將於2021年實現火星繞、落、巡。首次任務即實現三項目標,國際上還沒有成功先例。嫦娥五號探測器也將於2020年下半年發射,實現月球無人採樣返回,完成我國探月工程「繞、落、回」三步走的最後一步。

本世紀初,我國明確提出深空探測三步走戰略規劃。近20年來,我們按照預定規劃,一步一個腳印、紮實推進,才有了現在五戰五捷的巨大成果。根據目前最新論證,後續有望進一步開展以下工作:月球仍是最主要的目標,通過探月四期工程和載人登月工程,推動建立無人和有人相輔相成的月球基地,探索、開發和利用月球的寶貴資源;小行星和彗星探測,小行星採樣返回;火星採樣返回;木星和其衛星探測及行星際穿越。此外,小天體監視與防禦、太陽系邊際探測和地外生命探測等一系列任務也在深化論證,國際合作的大科學工程——月球科考站也在努力培育之中。

隨著我國綜合國力、科技水平不斷提升,深空探測深度和廣度將不斷拓展,必將持續帶動我國航天技術進步,促進科學認知重大創新。我們將牢記習近平總書記的囑託:「探索浩瀚宇宙,發展航天事業,建設航天強國,是我們不懈追求的航天夢」,繼續努力拼搏,為實現航天夢和強國夢,為人類和平利用太空、推動構建人類命運共同體貢獻更多中國智慧和中國力量。

(作者葉培建為航天科技集團五院研究員、中國科學院院士、「人民科學家」國家榮譽稱號獲得者;彭兢為中國航天科技集團五院嫦娥五號探測器副總設計師)

製圖:汪哲平

推薦讀物:

1.《徵程:人類探索宇宙的故事》:葉培建等著;科學出版社出版。

2.《太陽系無人探測歷程》第一卷(黃金時代):李飛等著;第二卷(停滯與復興):何秋鵬等著;中國宇航出版社出版。

3.《深空探測技術》:孫澤洲等著;人民郵電出版社出版。

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