張揚(yáng)眉

（北京空間科技信息研究所）

2019年，全球共發(fā)射3次深空探測(cè)任務(wù)，即以色列的“創(chuàng)世紀(jì)”（Beresheet）、印度的月船-2（Chandrayaan-2）、俄德聯(lián)合的“光譜-倫琴-伽馬”（Spektr-RG）任務(wù)。其中以色列和印度的兩次月球著陸任務(wù)均失敗，再次印證了月球軟著陸的高技術(shù)難度和低成功率。

截至2019年12月31日，國(guó)外共發(fā)射247次深空探測(cè)任務(wù)，其中月球任務(wù)112次，火星任務(wù)44次，金星任務(wù)41次，小行星任務(wù)6次，土星木星任務(wù)7次，水星任務(wù)3次，彗星任務(wù)7次，太陽(yáng)任務(wù)16次，其他任務(wù)11次。

截至2019年12月31日，國(guó)外共有31個(gè)深空探測(cè)器在軌，按探測(cè)器類型分：月球探測(cè)器4個(gè)、火星探測(cè)器8個(gè)、金星探測(cè)器1個(gè)、太陽(yáng)探測(cè)器6個(gè)、木星探測(cè)器1個(gè)、小行星探測(cè)器2個(gè)、水星探測(cè)器1個(gè)、其他探測(cè)器8個(gè)；按所屬國(guó)家/地區(qū)分：美國(guó)20個(gè)，歐洲3個(gè)，日本3個(gè)，印度2個(gè)，歐日合作1個(gè)，歐俄合作1個(gè)，俄德合作1個(gè)。

1 以色列發(fā)射月球著陸器，全球商業(yè)月球探測(cè)萌芽

2月22日，太空以色列公司（SpaceIL）研制的“創(chuàng)世紀(jì)”月球著陸器搭乘美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的獵鷹-9（Falcon-9）運(yùn)載火箭成功發(fā)射。同年4月12日，“創(chuàng)世紀(jì)”在著陸月球的過(guò)程中主發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，最終墜毀在月球表面。

“創(chuàng)世紀(jì)”是非傳統(tǒng)航天大國(guó)開展的首次月球探測(cè)任務(wù)，也是全球首次由私人資助的月球探測(cè)任務(wù)，推動(dòng)了商業(yè)月球探測(cè)的萌芽。盡管探測(cè)器未能成功著陸月球表面，但其成功進(jìn)入了環(huán)月軌道，使以色列成為了世界上第7個(gè)成功實(shí)施月球環(huán)繞的國(guó)家。

“創(chuàng)世紀(jì)”任務(wù)只是一次探索和試驗(yàn)性任務(wù)，沒(méi)有實(shí)質(zhì)上的商業(yè)行為，但其開辟了月球探索公私合作的道路。2018年10月，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）在“月球發(fā)現(xiàn)和探索計(jì)劃”的支持下，開始參與“創(chuàng)世紀(jì)”任務(wù)。NASA向任務(wù)提供了激光后向反射器陣列、任務(wù)期間的通信支持等。此次任務(wù)在一定程度上踐行了NASA商業(yè)月球探測(cè)的模式，探測(cè)器搭載了NASA的載荷，由NASA提供深空通信支持，同時(shí)雙方共享探測(cè)數(shù)據(jù)。

“創(chuàng)世紀(jì)”月球著陸器在月球表面示意圖

印度月船-2攜帶的“維克拉姆”著陸器著陸月球示意圖

2 印度月船-2軟著陸失敗，軌道器繼續(xù)繞月探測(cè)

9月7日，印度月船-2攜帶的“維克拉姆”（Vikram）著陸器在嘗試進(jìn)行月球表面軟著陸過(guò)程中，在距離月面約2.1km處失去聯(lián)系，軟著陸任務(wù)失敗。印度空間研究組織（ISRO）在月船-2著陸失敗后發(fā)布消息，稱“月船-2是一項(xiàng)高度復(fù)雜的任務(wù)，目前軌道器正在既定軌道上運(yùn)行并將開展長(zhǎng)達(dá)7年的探測(cè)活動(dòng)，其攜帶的相機(jī)是目前探月任務(wù)中分辨率最高的（0.3m）；‘維克拉姆’著陸器順利完成從35km到2km的下降，失聯(lián)前系統(tǒng)工作正常，證明了包括變推力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在內(nèi)的大量新技術(shù)。成功標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)任務(wù)的每個(gè)階段確定的，直到目前月船-2任務(wù)已經(jīng)完成了90%～95%的目標(biāo)，并將繼續(xù)為月球科學(xué)作貢獻(xiàn)。”11月，印度首次承認(rèn)其月船-2著陸器已于9月墜毀月球表面。

10月17日，印度ISRO公布了由月船-2軌道器攜帶的紅外成像光譜儀拍攝的首幅月球背面北半球表面的照明條件下的圖像，此外還公布了其攜帶的高分辨率相機(jī)拍攝的月球表面圖像。

3 俄德聯(lián)合開展“光譜—倫琴—伽馬”X射線天文觀測(cè)任務(wù)

7月13日，俄羅斯和德國(guó)聯(lián)合開展的X射線天文觀測(cè)任務(wù)Spektr-RG搭乘質(zhì)子-M（Proton-M）運(yùn)載火箭發(fā)射升空，開始飛向位于日地拉格朗日L2點(diǎn)的目標(biāo)軌道。Spektr-RG在3個(gè)月時(shí)間內(nèi)完成了軌道轉(zhuǎn)移，并將開展為期6.5年的X射線天文觀測(cè)。該任務(wù)由俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)（ROSCOSMOS）和德國(guó)航空航天中心（DLR）聯(lián)合開展，俄方提供航天器平臺(tái)和運(yùn)載火箭，以及“天文倫琴望遠(yuǎn)鏡-X射線聚光器”（ART-XC）；德方則提供“攜帶成像望遠(yuǎn)鏡陣列的擴(kuò)展倫琴調(diào)查儀”（eROSITA）。Spektr-RG任務(wù)的主要目標(biāo)為研究星系團(tuán)、黑洞和暗物質(zhì)，相比于當(dāng)前最為先進(jìn)的X射線天文觀測(cè)任務(wù)—“錢德拉”（Chandra）和“X射線多鏡面-牛頓”（XMM-Newton）望遠(yuǎn)鏡，Spektr-RG任務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)全天巡視觀測(cè)，并且在L2點(diǎn)運(yùn)行將具備低1個(gè)數(shù)量級(jí)的粒子背景，從而允許對(duì)于低表面亮度的漫射物體進(jìn)行詳細(xì)研究。

Spektr-RG飛行示意圖

4 在軌深空探測(cè)任務(wù)實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)里程碑，并繼續(xù)取得大量科學(xué)成果

2019年，國(guó)外1個(gè)深空探測(cè)器失效，即美國(guó)機(jī)遇號(hào)（Opportunity）火星車結(jié)束了長(zhǎng)達(dá)近16年的探測(cè)任務(wù)；其他在軌的30個(gè)深空探測(cè)器實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)里程碑目標(biāo)，并繼續(xù)取得大量科學(xué)成果。

美國(guó)機(jī)遇號(hào)火星車

在月球探測(cè)方面，3月，NASA發(fā)布消息稱，“月球勘察軌道器”（LRO）的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，月球表面的水隨地形、時(shí)間和溫度的變化而變化，該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)有助于了解月球水循環(huán)的規(guī)律，從而在未來(lái)的月球探索任務(wù)中有效地利用水資源。

在火星探測(cè)方面，2月13日，NASA宣布停止嘗試與機(jī)遇號(hào)火星車的聯(lián)絡(luò)，機(jī)遇號(hào)任務(wù)正式結(jié)束。此前，機(jī)遇號(hào)可能出現(xiàn)了低功率故障、任務(wù)時(shí)鐘故障和其他故障，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)一直在嘗試恢復(fù)同機(jī)遇號(hào)的聯(lián)系，但最終并未成功。設(shè)計(jì)壽命僅為90個(gè)火星日、計(jì)劃行駛1km的機(jī)遇號(hào)火星車大大超出設(shè)計(jì)壽命，實(shí)際行駛距離超過(guò)45km，探測(cè)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15年。

4月6日，美國(guó)洞察號(hào)（Insight）火星著陸器攜帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)地震實(shí)驗(yàn)儀（SEIS）首次測(cè)量并記錄了可能的“火星地震”。該儀器檢測(cè)到微弱地震信號(hào)，這是首次記錄來(lái)自火星內(nèi)部的震動(dòng)。洞察號(hào)的此次發(fā)現(xiàn)或?qū)㈤_啟一個(gè)新的領(lǐng)域—“火星地震學(xué)”。此外，洞察號(hào)自2018年利用“鼴鼠”（Mole）熱探測(cè)儀開始火星土壤挖掘工作以來(lái)，由于遇到超出預(yù)期的硬質(zhì)土壤，挖掘深度一直無(wú)法超過(guò)35cm，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)一直嘗試找出解決方法，希望利用機(jī)械臂將“鼴鼠”探測(cè)儀“釘”在火星土壤的洞壁上，從而增加足夠的摩擦力，使探測(cè)儀能夠繼續(xù)深入火星土壤內(nèi)部。最終，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)于10月17日獲得成功，重新恢復(fù)了“鼴鼠”的向下挖掘工作。

在火星表面運(yùn)行的洞察號(hào)火星著陸器

美國(guó)好奇號(hào)（Curiosity）火星車?yán)^續(xù)在火星表面進(jìn)行探測(cè)活動(dòng)，目前正前往位于蓋爾（Gale）隕石坑的夏普山脈一側(cè)的“黏土區(qū)域”。數(shù)十億年前，火星隕石坑內(nèi)曾經(jīng)有過(guò)溪流和湖泊，水流改變了湖泊中的沉積物，在該地區(qū)留下了許多黏土物質(zhì)。美國(guó)的“火星勘察軌道器”（MRO）數(shù)年前首次觀測(cè)到了該情況，因此好奇號(hào)將對(duì)該區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)。2019年6月，好奇號(hào)探測(cè)到任務(wù)期間測(cè)量到的最高濃度甲烷，體積濃度比達(dá)到約21ppbv（1ppbv指如果在火星上吸入1體積的空氣，那么其中十億分之一體積是甲烷），目前仍不清楚這些甲烷源自何處，但它可能是火星生命的潛在指標(biāo)；同年10月7日，NASA在其網(wǎng)站上宣布好奇號(hào)發(fā)現(xiàn)了火星上的遠(yuǎn)古綠洲，火星表面存在從潮濕到干燥的整體趨勢(shì)，好奇號(hào)發(fā)現(xiàn)了富含礦物鹽質(zhì)的巖石，證明了這些含鹽的低淺池塘曾經(jīng)經(jīng)歷了從滿溢到干涸的過(guò)程，相關(guān)文章發(fā)表在《自然地球科學(xué)》雜志上。截至2019年10月30日，好奇號(hào)火星車已經(jīng)在火星表面行駛了約22km，拍攝了61萬(wàn)余張火星表面的照片，采集到22份火星樣品。

在小行星探測(cè)方面，1月1日，美國(guó)“歐西里斯”（OSIRIS-Rex）小行星探測(cè)器成功進(jìn)入貝努（Bennu）小行星軌道，使得貝努成為有史以來(lái)被航天器環(huán)繞飛行的最小天體，創(chuàng)造了深空探測(cè)紀(jì)錄。在此之前，從來(lái)沒(méi)有一個(gè)航天器能夠環(huán)繞如此小的天體運(yùn)行。而在此前的2018年12月11日，NASA還宣布了“歐西里斯”的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，即在貝努小行星表面探測(cè)到水的痕跡。2019年8月13日，NASA為“歐西里斯”任務(wù)選擇了4個(gè)采樣返回的候選著陸地點(diǎn)—“夜鶯”（Nightingale）、“翠鳥”（Kingfisher）、“魚鷹”（Osprey）和“鷸”（Sandpiper），這4個(gè)地點(diǎn)具有不同的地質(zhì)特點(diǎn)。2019年12月，NASA選定“夜鶯”為主要著陸點(diǎn)，“魚鷹”為備用著陸點(diǎn)，并開始為計(jì)劃于2020年下半年實(shí)施的樣品采集工作做準(zhǔn)備。

2月22日，日本隼鳥-2（Hayabusa-2）小行星探測(cè)器在距離地球約3.0×108km的龍宮（Ryugu）小行星表面成功著陸并完成采樣，這是繼2005年日本“隼鳥”探測(cè)器成功從糸川（Itokawa）小行星表面采集到樣品以來(lái)，人類探測(cè)器第二次采集到小行星樣品，成為全球小行星采樣返回探測(cè)的又一里程碑。4月5日，隼鳥-2搭載的“小型搭載撞擊器”（SCI）成功撞擊龍宮小行星，在小行星表面產(chǎn)生人工隕石坑；7月11日，隼鳥-2完成第二次采樣任務(wù)；10月3日，隼鳥-2向龍宮小行星釋放其第三個(gè)也是最后一個(gè)機(jī)器人—密涅瓦-II2（Minerva-II2）；11月，隼鳥-2攜帶樣品開始返回地球旅程，計(jì)劃于2020年底返回地球。

好奇號(hào)火星車降落火星示意圖

日本隼鳥-2小行星探測(cè)器成功著陸龍宮小行星并完成采樣

“歐西里斯”小行星探測(cè)器飛行示意圖

ESA“貝皮-科倫坡”水星探測(cè)器計(jì)劃于2021年抵達(dá)水星

在水星探測(cè)方面，4月5日，歐洲航天局（ESA）宣布其與日本合作研制的“貝皮-科倫坡”（Bepi Colombo）水星探測(cè)器結(jié)束了近地軌道在軌試運(yùn)行階段，完成了所有的儀器檢測(cè)工作，正式進(jìn)入深空巡航階段，計(jì)劃于2021年抵達(dá)水星，2025年進(jìn)入水星軌道。“貝皮-科倫坡”是ESA“地平線2000+”（Horizon 2000+）計(jì)劃的最后一項(xiàng)任務(wù)，該計(jì)劃的前兩項(xiàng)任務(wù)為“蓋亞”（Gaia）和“LISA探路者”（LISA Pathfinder）。

在其他探測(cè)方面，1月1日，美國(guó)“新視野”（New Horizons）探測(cè)器完成對(duì)太陽(yáng)系柯伊伯帶(Kuiper belt)的探索，采集的數(shù)據(jù)可能對(duì)認(rèn)知太陽(yáng)系的形成有重要幫助?！靶乱曇啊憋w越了一顆名為終極北地（Ultimate Thule）的小行星，當(dāng)時(shí)距離該小行星距離不到3500km。根據(jù)“新視野”遠(yuǎn)距離拍攝的照片，該小行星的形狀與一顆花生或一個(gè)保齡球類似，長(zhǎng)約35km、寬約15km。同時(shí)，科學(xué)家們也不排除這顆小行星是一對(duì)雙星。

“新視野”探測(cè)器飛越終極北地小行星

1月，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）通過(guò)分析日本“拂曉”（Akatsuki）金星探測(cè)器攜帶的紅外相機(jī)獲取的數(shù)據(jù)和圖像，發(fā)現(xiàn)金星云層存在巨型的條紋結(jié)構(gòu)。2019年2月，《地球物理研究快報(bào)》（Geophysical Research Letters）發(fā)表了第一批關(guān)于金星形態(tài)、溫度變化和金星中層大氣風(fēng)的首批研究成果。此外，對(duì)金星黑暗一側(cè)的雷電現(xiàn)象進(jìn)行了觀測(cè)，每10天觀測(cè)一次，每次30min。截至2019年7月，“拂曉”累計(jì)觀測(cè)了16.8h，并未探測(cè)到金星雷電現(xiàn)象。

12月，《自然》雜志上的4篇論文公布了“帕克太陽(yáng)探測(cè)器”（Parker Solar Probe）獲得的諸多科學(xué)探測(cè)成果，包括發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)風(fēng)比在地球附近看到的更加動(dòng)態(tài)和不穩(wěn)定；發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)風(fēng)從太陽(yáng)向外流出的過(guò)程是從旋轉(zhuǎn)過(guò)渡到放射性流動(dòng)；首次觀測(cè)到宇宙塵埃在距太陽(yáng)約700萬(wàn)英里（1.127×107km）處開始變得稀??；更加詳盡地觀測(cè)高能粒子風(fēng)暴和日冕物質(zhì)拋射等等?！芭量颂?yáng)探測(cè)器”是史上距離太陽(yáng)最近的探測(cè)器，該探測(cè)器于2019年12月進(jìn)行了第二次金星借力飛行，進(jìn)一步縮小了近日點(diǎn)距離。

飛行中的“帕克太陽(yáng)探測(cè)器”

5 小結(jié)

目前，世界正處于和平發(fā)展時(shí)期，各國(guó)都將經(jīng)濟(jì)發(fā)展放在了首要位置，并愈發(fā)重視科技創(chuàng)新對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)作用。作為世界航天領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)和最前沿的科技創(chuàng)新活動(dòng)之一，深空探測(cè)受到世界各國(guó)越來(lái)越多的重視。國(guó)外主要航天國(guó)家和地區(qū)都將深空探測(cè)作為最重要的航天活動(dòng)之一，圍繞國(guó)家航天戰(zhàn)略和政策制定了各具特色的深空探測(cè)計(jì)劃。近年來(lái)，阿聯(lián)酋、韓國(guó)等一些新興航天國(guó)家也計(jì)劃加入深空探測(cè)的行列，紛紛制定了相關(guān)的深空探測(cè)計(jì)劃。未來(lái)，全球深空探測(cè)將繼續(xù)保持熱度，探測(cè)目標(biāo)重點(diǎn)集中在月球和火星，兼顧太陽(yáng)系其他天體，任務(wù)類型更加復(fù)雜，并向載人探測(cè)方向發(fā)展，國(guó)際合作和商業(yè)化成為發(fā)展深空探測(cè)的兩大重要途徑。