深空探測一般指對月球及以遠的地外天體進行空間探測的活動。通過深空探測取得的大量科學(xué)探測和技術(shù)成果能夠拓展人類對太陽系和宇宙的認(rèn)識，推動空間技術(shù)的進步。中國的深空探測起步于月球探測，按照探月工程“繞、落、回”三步走的任務(wù)規(guī)劃，自2003年啟動探月工程一期研制以來，已成功實施了5次探測任務(wù)，順利完成了三步走的前兩步；并正在按計劃進行火星探測任務(wù)的研制工作，即將在2020年左右發(fā)射實施。與此同時，正在論證后續(xù)月球、小天體、火星、木星甚至更遠的深空探測任務(wù)。月球探測和火星探測是中國由航天大國向航天強國邁進的標(biāo)志性和帶動性工程。

1 探月工程

2000年11月22日，中國政府首次公布了航天白皮書—《中國的航天》，明確了近期發(fā)展目標(biāo)中包括“開展以月球探測為主的深空探測的預(yù)先研究”。

按照探月工程“繞、落、回”三步走任務(wù)規(guī)劃：一期工程為“繞”，包括了嫦娥一號和嫦娥二號；二期工程為“落”，目標(biāo)是以軟著陸的方式降落在月球上進行探測，包括了嫦娥三號和嫦娥四號，實現(xiàn)了月面和月球背面軟著陸；三期工程為“回”，目標(biāo)是月面巡視勘察與采樣返回，已經(jīng)完成再入返回飛行試驗。

嫦娥一號任務(wù)

嫦娥一號任務(wù)是我國首次深空探測任務(wù)，其任務(wù)目標(biāo)是通過研制和發(fā)射我國第一顆月球探測衛(wèi)星，掌握繞月探測的基本技術(shù)。嫦娥一號探測器發(fā)射質(zhì)量2350kg，攜帶了7種科學(xué)載荷，于2007年10月24日發(fā)射，并于同年11月7日進入環(huán)月軌道并傳回月球圖像，標(biāo)志著我國月球探測衛(wèi)星研制技術(shù)實現(xiàn)了歷史性跨越，樹立了中國航天的第三個里程碑。嫦娥一號完成了在軌1年設(shè)計壽命期內(nèi)的既定任務(wù)，其后又開展了多項拓展任務(wù)，于2009年3月1日受控撞月。

嫦娥一號首次利用CCD立體相機獲得了120m分辨率全月球影像圖、三維月球地形圖等成果，而且包含了月球的南北極。在此之前，全世界沒有一個國家獲得過月球的三維立體全月圖。雖然月球的地圖國外已繪制很多，但多為平面圖，三維立體圖很少，而且還有很多空白，因為月球上高緯度的地方太陽是斜照的，光線不足，拍照效果就差一些。一般來說，在70°（S）～70°（N）就很難拍攝了，南北極地區(qū)有些深坑，太陽永遠照射不到，也沒有繪制成地圖。嫦娥一號采取與其他國家不同的思路，搭載1臺CCD立體相機和1臺激光高度計，兩者結(jié)合起來就能繪制成一張比較精細、全面的月球立體地圖。

嫦娥一號衛(wèi)星傳回的第一幅月面圖像

嫦娥二號任務(wù)

嫦娥二號任務(wù)是探月二期工程的先導(dǎo)星，主要目標(biāo)是獲取高精度月球表面三維影像。2010年10月1日，嫦娥二號發(fā)射成功。嫦娥二號探測器發(fā)射質(zhì)量2480kg，攜帶了8種科學(xué)載荷。2011年5月底，獲取了包括嫦娥三號預(yù)選著陸區(qū)高清晰圖像在內(nèi)的月球表面三維影像；2011年8月25日到達了日地拉格朗日L2點（簡稱日地L2點），進行了為期10個月的科學(xué)探測；2012年12月13日國際上首次近距離飛越探測國際編號4179的“圖塔蒂斯”（Toutatis）小行星；此后嫦娥二號一直朝向更遠的深空飛行。

嫦娥二號在任務(wù)執(zhí)行期間，成功拍攝著陸區(qū)虹灣的高清地形地貌圖像，完成了全月球7m分辨率影像圖的繪制，獲得了備選著陸區(qū)分辨率優(yōu)于1.5m的局部影像圖，并在拓展任務(wù)中實現(xiàn)了日地拉格朗日L2點飛行和圖塔蒂斯小行星飛越探測，獲取了大量的科學(xué)探測數(shù)據(jù)。

嫦娥二號拍攝的月面虹灣影像圖

嫦娥三號任務(wù)

2008年，探月二期工程通過國家立項批復(fù)，工程目標(biāo)是實現(xiàn)月球表面軟著陸和月球巡視探測。探月二期工程包括探測器、運載火箭、發(fā)射場、測控和地面應(yīng)用五大系統(tǒng)。嫦娥三號是工程任務(wù)的核心和關(guān)鍵，包括月球軟著陸探測器（簡稱“著陸器”）和月球巡視探測器（簡稱“巡視器”，又被稱為“玉兔號月球車”）兩個部分。嫦娥三號探測器發(fā)射質(zhì)量3780kg，其中巡視器140kg。著陸器與巡視器分別攜帶了4種科學(xué)載荷。

嫦娥三號探測器于2013年12月2日發(fā)射，于當(dāng)月14日安全著陸在月球虹灣著陸區(qū)。著陸器隨即開展就位探測，直至目前仍在工作；巡視器于當(dāng)月15日與著陸器分離，駛抵月面，開展巡視探測，并實現(xiàn)了兩器互拍。

嫦娥三號突破了月球軟著陸和月面巡視核心關(guān)鍵技術(shù)，在航天器總體設(shè)計、制導(dǎo)導(dǎo)航和控制系統(tǒng)設(shè)計、推進系統(tǒng)設(shè)計和熱控系統(tǒng)設(shè)計等方面取得了一系列的科研成果，實現(xiàn)了中國首次在地外天體上進行原位和巡視探測。

嫦娥三號著陸器（左）和巡視器（右）

再入返回飛行試驗任務(wù)

2011年，探月三期工程正式立項，目標(biāo)是實現(xiàn)月面無人采樣返回。再入返回飛行試驗是我國探月工程三期一次重要的驗證飛行試驗，主要目的是突破和掌握探月航天器再入返回的關(guān)鍵技術(shù)，為嫦娥五號任務(wù)提供技術(shù)支持。試驗任務(wù)由飛行試驗器、運載火箭、發(fā)射場、測控與回收四大系統(tǒng)組成。飛行試驗器由中國航天科技集團有限公司中國空間技術(shù)研究院研制，由服務(wù)艙和返回器兩部分組成。服務(wù)艙以嫦娥二號衛(wèi)星平臺為基礎(chǔ)研制，具備留軌開展科研試驗功能；返回器為新研產(chǎn)品，具備返回著陸功能。

再入返回飛行試驗器于2014年10月24日發(fā)射，于11月1日成功返回地球，實現(xiàn)了第二宇宙速度高速跳躍式再入返回。再入返回飛行試驗任務(wù)的圓滿成功，突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，為實現(xiàn)探月三期工程最終目標(biāo)奠定了堅實基礎(chǔ)。

嫦娥四號任務(wù)

嫦娥四號任務(wù)的主要目標(biāo)是實現(xiàn)國際上首次月球背面軟著陸和巡視探測。

再入返回飛行試驗路線圖

嫦娥四號著陸器拍攝的月球背面圖像

嫦娥四號任務(wù)主要由中繼星、著陸器和巡視器組成。“鵲橋”中繼星于2018年5月21日發(fā)射，于6月14日成功實施軌道捕獲控制，進入環(huán)繞地月L2點的Halo使命軌道，成為世界首顆運行在地月L2點Halo軌道的衛(wèi)星。2018年12月8日，嫦娥四號落月探測器成功發(fā)射，在飛行了26天后，于2019年1月3日成功著陸于月球背面的預(yù)選著陸區(qū)——馮·卡門撞擊坑（Von Karman Crater），并通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，成為世界第一個在月球背面軟著陸和巡視探測的航天器，并實現(xiàn)世界首次月背與地球的中繼通信。

2019年1月11日，嫦娥四號著陸器上的地形地貌相機完成了環(huán)拍。嫦娥四號著陸器與玉兔二號巡視器工作正常，在“鵲橋”中繼星支持下順利完成互拍，嫦娥四號任務(wù)圓滿成功，進入科學(xué)探測階段。至此，我國探月工程取得“五戰(zhàn)五捷，連戰(zhàn)連捷”。

2 火星探測

火星是太陽系八大行星之一，也是除了金星以外距離地球最近的行星?；鹦鞘浅说厍蛞酝馊祟惲私庾疃嗟男行?，也是太陽系中最近似地球的天體之一，已經(jīng)有超過30枚探測器到達過火星。同時火星探測也充滿了坎坷，大約三分之二的探測器，特別是早期發(fā)射的探測器，都沒有能夠成功完成它們的使命?；鹦菍⒊蔀橹袊羁仗綔y的第二顆星球。

中國首顆火星探測器螢火一號搭載在俄羅斯“福布斯－土壤”探測器內(nèi)部，于2011年11月9日發(fā)射升空。螢火一號探測器由上海航天技術(shù)研究院抓總研制，長、寬各約75cm，高60cm。兩側(cè)太陽帆板展開近8m，質(zhì)量約115kg，設(shè)計壽命2年。探測器上攜帶等離子體探測包、光學(xué)成像儀、磁通門磁強儀、掩星探測接收機等4類有效載荷。發(fā)射升空后不久，俄方宣布“福布斯－土壤”火星探測器變軌失敗，這使螢火一號永遠地留在浩瀚的太空。

2016年1月，我國首次火星探測任務(wù)正式批復(fù)立項，任務(wù)目標(biāo)是研制火星環(huán)繞器和著陸巡視器，其中，環(huán)繞器主要開展火星環(huán)繞探測，并為著陸巡視器提供中繼通信服務(wù)，著陸巡視器主要開展就位和巡視探測。首次火星探測任務(wù)發(fā)射質(zhì)量4920kg，預(yù)計于2020 年左右發(fā)射，2021 年到達并在火星表面著陸。

目前，首次火星探測任務(wù)研制工作進展順利。在2019年7月的軟件定義衛(wèi)星高峰論壇上，中國科學(xué)院院士、中國月球探測工程首席科學(xué)家歐陽自遠在報告中透露，中國將通過火星衛(wèi)星、火星著陸器和火星車聯(lián)合探測火星，目前火星車已經(jīng)準(zhǔn)備好。他同時透露，目前我國已完成火星探測軌道設(shè)計、測控通信、自主導(dǎo)航、表面軟著陸等關(guān)鍵技術(shù)的科研攻關(guān)，為自主火星探測奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在首次火星探測任務(wù)的研制過程中，將突破火星制動技術(shù)，環(huán)繞技術(shù)，進入、下降與著陸技術(shù)（EDL），以及火星表面巡視技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

3 未來展望

目前，我國探月工程正處于探月三期工程的初期，將突破與掌握月面表取采樣、鉆取采樣、月球樣品封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、樣品轉(zhuǎn)移等多項關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)“繞、落、回”三步走的最后一步。

預(yù)計2020年左右發(fā)射的火星探測器，將實現(xiàn)環(huán)繞、著陸和巡視探測任務(wù)。通過首次火星探測任務(wù)的研制與實施，有望使我國成為世界上第一個在首次任務(wù)中即實現(xiàn)火星“繞、落、巡”的國家。

除月球探測和火星探測之外，我國小行星探測任務(wù)正在進行論證工作，擬采用一次發(fā)射實現(xiàn)一顆近地小行星取樣返回和一顆主帶彗星繞飛探測。對近地小行星開展繞飛探測，擇機附著小行星表面、采集小行星樣品，返回地球附近釋放返回艙，將樣品送回地球；探測器再經(jīng)地球、火星借力飛行到達小行星帶，對彗星開展繞飛探測。