□ 龐之浩

美國信使號進(jìn)入水星軌道

空間探測器的問世使人類可以近距離探測地外星球，甚至就地考察、取樣返回、載人登陸，從而獲得了大量有用信息：進(jìn)一步揭示地球、生命乃至太陽系的起源和演變；掌握太陽系內(nèi)一些重要地外星球上的生命、地質(zhì)、氣候、重力、環(huán)境等。

目前，全球已發(fā)射了多種空間探測器，它們相繼考察了月球、水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、小行星和彗星等，并將探測冥王星。通過這些空間探測器，人類在工程和科學(xué)等方面都獲取得了巨大成果，初步撩開了太陽系內(nèi)一些重要地外星球的面紗，回答了過去天文學(xué)家們爭論不休的許多問題。

月球探測器

至今，人類共發(fā)射了約130個月球探測器，成功率約為50%，其中21世紀(jì)初發(fā)射的全部獲得成功。

隨著月球探測技術(shù)水平的不斷提高，月球探測的廣度和深度也在不斷擴(kuò)大。目前的探月方式主要有：用環(huán)繞的方式全面獲取月球信息；用軟著陸的方式對月球重要區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)考察；用取樣返回的方式對月球重要區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)分析；用撞擊的方式探測月球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成；用飛鏢穿透的方式研究月震及其他亞地表現(xiàn)象；用建立永久性載人基地的方式開發(fā)和利用月球的資源、能源和特殊環(huán)境，并為載人火星航行鋪路。

2003年9月27日上天的歐洲智慧一號是世界第一個正式應(yīng)用太陽能電推進(jìn)系統(tǒng)飛向月球的空間探測器，其主要成就有兩項：一是試驗太陽電推力技術(shù)；二是對月球進(jìn)行研究和繪圖。

歐洲智慧一號月球探測器尾部裝有太陽能氙離子推進(jìn)器

美國“月球坑觀測與感知衛(wèi)星”撞月示意圖

2007年9月14日上天的日本月女神-1由1個主探測器和2個子探測器組成，有些儀器的探測精確度是以往同類儀器的10～100倍。

2008年10月22日上天的印度月船-1具有體積小、質(zhì)量輕、造價低、眼神好等特點。其裝有1個月球撞擊器，并采用國際合作方式。

2009年6月18日上天的美國“月球勘測軌道器”和“月球坑觀測與感知衛(wèi)星”性能十分先進(jìn)，前者分辨率優(yōu)于1米，為目前世界最高；后者于2009年10月9日猛烈撞擊了月球，確認(rèn)了月球上有不少水。

2011年9月10日上天的美國“月球重力恢復(fù)和內(nèi)部實驗室”由2個一樣的月球探測器組成，主要任務(wù)是測量月球的引力場，進(jìn)一步了解月球的熱演變，從而研究月球的起源和演變。它采用創(chuàng)新的軌道設(shè)計，大大減少了進(jìn)入月球軌道時為了制動減速所耗的燃料。

2013年1月，美國將發(fā)射“月球大氣和塵埃環(huán)境探測者”。它用于收集月表數(shù)據(jù)，以及月表附近環(huán)境對塵埃的影響信息，了解未來月球探測活動可能對月球環(huán)境造成的影響，以及月球環(huán)境可能會對未來前往探測的人員和探月計劃本身有何影響。這些數(shù)據(jù)還將幫助科學(xué)家了解太陽系以外的行星大氣層。

歐日研制的“貝皮·科倫布”水星探測器

2012年4月7日，俄羅斯科學(xué)院宣布，將在2015年發(fā)射“月球-資源”、“月球-水珠”探測器，分別考察月球的南北極；2020～2022年發(fā)射月行車-3、4，讓它們在月球極地著陸并連續(xù)工作5年，其間它們將分別漫游約30千米；2023年將發(fā)射月球著陸站，它將收集2輛月球車采集的月面標(biāo)本，并將標(biāo)本送回地球，留在月面的月球車和著陸裝置將成為未來俄構(gòu)建月球基地的第一批基礎(chǔ)設(shè)施。

2015年，日本將發(fā)射月女神-2著陸器；2018年，將發(fā)射月球取樣返回探測器；2025年前，將發(fā)射行走機器人登月。日本還擬在月球上建設(shè)太陽能電站。

2016年，印度將自行發(fā)射月船-2月球探測器，由1個軌道器、1個著陸器和1輛月球車組成，其中著陸器由俄羅斯提供，其他由印度研制。

2018年左右，歐洲將發(fā)射月球著陸器，其中包括用于研究人類永久居住地點的機器人。

英國、德國和韓國等國也計劃發(fā)射各自的月球探測器。美法等國將合作在月球上建立地球物理觀測網(wǎng)，它由8～10個觀測站構(gòu)成。

日本“月女神”主衛(wèi)星正在釋放子衛(wèi)星

英國“月光”月球探測器

水星探測器

由于水星是離太陽最近的1個星球，所以探測它十分困難，至今只有美國的水手-10和信使號探測器探測過水星。

1973年11月3日，美國發(fā)射了水手-10探測器。它在1974年2月進(jìn)入一條以176天為周期繞太陽飛行的橢圓軌道。這條軌道的近日點正好與水星繞太陽飛行的橢圓軌道的遠(yuǎn)地點相會，從而使水手-10每隔約6個月能與水星靠近兩次。水手-10于1974年3月29日、9月21日和1975年3月16日曾3次在日心橢圓軌道上和水星相遇，對水星進(jìn)行了探測。

2004年8月3日，美國發(fā)射了世界第一個專用水星探測器——信使號。它采用了先進(jìn)的防熱措施，裝有7臺用于完成6項科學(xué)目標(biāo)的探測儀器。信使號于2011年3月17日進(jìn)入環(huán)水星軌道，成為世界上第一顆水星探測軌道器，開始對水星進(jìn)行為期1年的科學(xué)考察。探測任務(wù)結(jié)束后，它將與水星表面相撞而殞滅。

美國用航天飛機發(fā)射世界第一個木星專用探測器“伽利略”

2013年8月，將發(fā)射由歐洲牽頭的“貝皮·科倫布”水星探測器，它于2019年進(jìn)入水星軌道，展開為期一年的水星探測活動，研究水星表面特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和磁場狀態(tài)等，揭示這顆行星的構(gòu)成和太陽對它的影響等?！柏惼ぁた铺m布”由歐洲“水星行星軌道器”（主探測器）和日本“水星磁層軌道器”（次探測器）組成，其中“水星行星軌道器”攜帶11臺儀器，用于研究水星表面和內(nèi)部成分；“水星磁層軌道器”攜帶5臺儀器，用于研究水星周圍的磁層。

金星探測器

金星是太陽系八大行星中距地球最近的一顆行星，所以人類對太陽系行星的探測首先是從金星開始的。但由于金星總被濃厚的云層包圍著，所以也很難探測。至今，人類已向金星發(fā)射了32個空間探測器，其中22個成功，10個失敗。加上各種路過的探測器總數(shù)已超過40個。（詳細(xì)內(nèi)容請看本期的另一篇文章《備受青睞的金星空間探測器》）

美國“火星全球勘探者”探測器

歐洲將于2022年用阿里安-5火箭發(fā)射“木星冰月探測器”

火星探測器

火星是與地球最相似的行星，因此成為目前除地球以外人類研究程度最高的行星，人類用空間探測器對火星進(jìn)行探測的歷史幾乎貫穿整個人類航天史。至今，人類已向火星發(fā)射了40多個探測器，成功率約為50%。

1960～1975年，蘇聯(lián)發(fā)射了“火星探測器”、“火星”和“宇宙” 3個系列探測器，但大部分都失敗了。1988年，又相繼發(fā)射了火衛(wèi)-1、2，也都失敗了。1996年，俄羅斯發(fā)射火星-96時“箭毀器亡”。

2011年11月，俄羅斯發(fā)射了載有中國螢火-1的“火衛(wèi)1-土壤”取樣返回探測器，它在進(jìn)入地球軌道后由于變軌發(fā)動機無法點火，所以未能進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道，并于2012年1月再入大氣層燒毀。

今后，俄羅斯將替代美國與歐空局共同實施耗資14億美元的“火星生命探索者”：擬在2016年發(fā)射1個火星軌道探測器，觀測火星大氣；2018年發(fā)射火星車，考察火星表面；向火衛(wèi)一發(fā)射火衛(wèi)1-土壤-2探測器。

1964～1970年，美國發(fā)射了水手號系列探測器，其中有4個成功。1976年，美國海盜-1、2先后在火星表面成功軟著陸。1992年，美國發(fā)射的“火星觀測者”在即將進(jìn)入火星軌道時與地面失去聯(lián)系。

從20世紀(jì)90年代起，美國開始實施“火星生命計劃”，以確定火星上是否存在生命。1996年，美國發(fā)射了“火星全球勘測者”和“火星探路者”，它們都獲成功，其中后者首次攜帶了火星車。不過，美國于1998年和1999年發(fā)射的“火星氣候軌道器”、“火星極區(qū)著陸器”均遭受失敗。

2001年，美國發(fā)射的“火星奧德賽”探測器發(fā)現(xiàn)火星上有大量水冰，2012年6月因故障無法工作。2003年，美國先后發(fā)射的勇氣號和機遇號火星車壽命大大延長，獲取了重要成果，再次證實火星上有水，機遇號目前仍在工作。2005年發(fā)射的美國“火星勘測軌道器”是當(dāng)今世界最先進(jìn)、最大的人造火星軌道器，用于探測、選址和數(shù)據(jù)中繼，拍攝了大量高清晰度火星圖片。2007年發(fā)射的鳳凰號火星著陸器是第一個在火星北極地區(qū)著陸的探測器，現(xiàn)已完成使命。2011年發(fā)射的“火星科學(xué)實驗室”著陸器攜帶了第三代火星車——好奇號。

2003年6月2日，歐洲第一個火星探測器“火星快車”升空，成果頗豐，正在超期服役。2018年，歐洲將用俄羅斯火箭發(fā)射“火星生命探索者”火星車。

1998年，日本發(fā)射了希望號，后由于推進(jìn)器故障沒有進(jìn)入火星軌道。2018年，日本將發(fā)射“火星探索著陸器與軌道器”，它包括2個軌道器和1個（或多個）著陸器。

據(jù)《印度時報》2012年7月14日透露，印度空間研究組織主席拉達(dá)克里希南表示，印度準(zhǔn)備最早在2013年11月從斯里哈里科塔發(fā)射場用極軌衛(wèi)星運載火箭-XL發(fā)射火星軌道器，也可能在2016年或2018年進(jìn)行。該軌道器將在火星上空500千米～8000千米的軌道內(nèi)運行，攜帶近25千克的科學(xué)有效載荷，科學(xué)目的是關(guān)注氣候、地理，以及生命的起源、演進(jìn)及持續(xù)性等。

歐洲“火星快車”探測器

美國“火星奧德賽”探測器

木星探測器

木星是太陽系八大行星中最大的一顆，并有很多天然衛(wèi)星，很像是一個微型的太陽系，所以不少人認(rèn)為探測木星有助于了解太陽系。

第一批訪問木星的是美國“先驅(qū)者”-10、11，它們以行星際漫游的方式對木星進(jìn)行了探測。1972年3月2日發(fā)射的“先驅(qū)者”-10于1973年12月在穿過木星云層時拍攝并發(fā)回了首批木星及其衛(wèi)星的照片。1973年4月5日升空的“先驅(qū)者”-11于1974年12月5日從木星北極上空掠過，發(fā)回了探訪木星的一批照片。

第二批訪問木星的是美國“旅行者”-1、2，其中1977年8月20日發(fā)射的“旅行者”-2于1979年7月9日拍攝了木星大紅斑照片，發(fā)現(xiàn)了木星的新衛(wèi)星；1977年9月5日發(fā)射的“旅行者”-1于1979年3月5日傳回第一批清晰的木星彩色照片，首次觀測到了木星背陽面的極光，又發(fā)現(xiàn)了木星的新衛(wèi)星。

1989年10月18日，美國發(fā)射了世界第一個木星專用探測器“伽利略”。它由軌道器和子探測器組成，其中子探測器于1995年12月8日進(jìn)入木星大氣層，首次對木星大氣進(jìn)行原位測量，獲得了世界第一份關(guān)于木星大氣層的一手資料。其軌道器載有近紅外質(zhì)譜儀、磁強計等，由2臺同位素?zé)犭姲l(fā)生器提供電力，它在1995年12月7日抵達(dá)木星軌道后拍攝了1.4萬張木星圖片，發(fā)回照片的清晰度比“旅行者”高50倍以上，使人類首次完整地觀測到木星、木星衛(wèi)星及其磁場。2003年9月21日，在燃料即將用盡之時，“伽利略”受控撞擊了木星。

美國“先驅(qū)者”-10探測器

2011年8月5日，美國發(fā)射了新一代木星探測器“朱諾”。它將于2016年7月進(jìn)入木星軌道。該探測器采用自旋穩(wěn)定，由高效太陽電池翼提供電力，是首個在距地球如此之遠(yuǎn)的宇宙空間中以太陽能作為主要能源的航天器，目的是經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和減少輻射的影響?！爸熘Z”攜帶了9臺科學(xué)探測儀器，用于了解木星這顆巨行星的形成、進(jìn)化和結(jié)構(gòu)等。

美國和歐洲正聯(lián)合研制“木衛(wèi)2木星系統(tǒng)任務(wù)”，以探測木星、木衛(wèi)1～4。它包括“木星木衛(wèi)2軌道器”和“木星木衛(wèi)3軌道器” 2個探測器?！澳拘悄拘l(wèi)2軌道器”主要由美國負(fù)責(zé)，攜帶11臺科學(xué)儀器，用于確定木星系統(tǒng)是否隱藏有適合居住的世界，2020年2月發(fā)射。“木星木衛(wèi)3軌道器”主要由歐洲負(fù)責(zé)，攜帶9臺科學(xué)儀器，用于探測表征木衛(wèi)3的海洋、深層內(nèi)部、磁場、磁層、繪制其表面成分和地質(zhì)特征，研究木衛(wèi)4，觀測木衛(wèi)1，2020年3月發(fā)射，

2012年5月2日，歐空局宣布將于2022年用阿里安-5火箭發(fā)射“木星冰月探測器”，2030年抵達(dá)木星軌道，對木星及其衛(wèi)星進(jìn)行3年的觀測，以探索木星衛(wèi)星上存在生命的可能性，并研究行星形成和生命出現(xiàn)的條件是什么及太陽系是如何運轉(zhuǎn)的。

日本“隼鳥”小行星探測器

土星探測器

土星的體積和質(zhì)量僅次于木星，并與木星十分相像，表面也是液態(tài)氫和氦的海洋，并有較多的衛(wèi)星，腰部還纏繞著一些絢麗多彩的光環(huán)。

最早探測土星的是先驅(qū)者-11、旅行者-1和2。1979年9月1日，先驅(qū)者-11成為第一個造訪土星的探測器，為土星拍攝了第一張近距離照片。1980年11月12日，旅行者-1從距土星12600千米的地方飛過，共發(fā)回1萬余幅彩色照片，發(fā)現(xiàn)了土星的3顆新衛(wèi)星。1981年8月25日，旅行者-2從距離土星云頂10100千米的高空飛越，傳回18000多幅土星照片，發(fā)現(xiàn)了土星的13顆新衛(wèi)星。

1997年10月15日，世界上第一個土星專用探測器“卡西尼”升空，主要完成大約27項科學(xué)考察任務(wù)。它由軌道器（主探測器）和著陸器（子探測器）組成，其中軌道器由美國研制，帶有12臺科學(xué)儀器；名叫“惠更斯”的著陸器由歐空局研制，裝載6臺科學(xué)儀器。2004年7月1日，“卡西尼”進(jìn)入土星軌道，同年12月25日，它釋放了所攜帶的子探測器“惠更斯”，“惠更斯”穿過濃密的大氣到達(dá)土衛(wèi)6。2008年6月30日，“卡西尼”完成了基本任務(wù)。由于其研究結(jié)果提供了探索和發(fā)現(xiàn)土星秘密的重大機遇，以至于美國將“卡西尼”的任務(wù)延長了兩年，目前仍在超期服役。

2007年，美國“新地平線”冥王星探測器在路過木星時傳回了木星家族的最新詳細(xì)照片。

2016年，美國計劃發(fā)射“土星海探測器”，它將于2022年登陸并漂浮在土衛(wèi)6表面 Ligeia海區(qū)域，該湖是土星最大的湖之一，表面積達(dá)10萬平方千米。

2020年9月美國和歐洲將發(fā)射聯(lián)合研制的“土衛(wèi)6土星系統(tǒng)任務(wù)”探測器，定于2029年10月進(jìn)入土星軌道，用于探索與地球系統(tǒng)類似的土衛(wèi)6、土衛(wèi)2和土星的磁層。該探測器由軌道器、氣球和著陸器3部分組成：軌道器載有7臺儀器；氣球在土衛(wèi)6大氣層距離表面10千米高度飛行，攜帶8臺儀器；著陸器的目標(biāo)是土衛(wèi)6北部的海，攜帶5臺儀器，經(jīng)軌道器的X頻段遙測中繼。

美國和歐洲聯(lián)合研制的“土衛(wèi)6土星系統(tǒng)任務(wù)”探測器

歐洲“羅塞塔”彗星探測器

彗星探測器

彗星是太陽系形成時殘留下來的初始物質(zhì)，對研究太陽系形成和演化很有價值。至今，人類已開展過兩次大規(guī)模發(fā)射彗星探測器的活動，第一次是在20世紀(jì)80年代，第二次是從1999年到現(xiàn)在。從技術(shù)上講，第二次與第一次相比發(fā)生了質(zhì)的飛躍，對世界范圍內(nèi)的其他空間探測也有巨大的推動作用。

1984～1986年，全世界先后發(fā)射了5個“哈雷”彗星探測器，目的是對著名的“哈雷”彗星回歸進(jìn)行探測。包括蘇聯(lián)的維加-1和2、歐洲的“喬托”、日本的“先驅(qū)”和“彗星”，其中1985年7月2日發(fā)射的“喬托”影響較大，對研究哈雷彗星的彗核起了重要作用。

第一次大規(guī)模彗星探測沒有直接登陸彗星進(jìn)行研究，也沒有收集彗星物質(zhì)返回地球。近年發(fā)射的3個彗星探測器改變了這種局面

2006年1月15日，美國“星塵”返回艙首次攜帶懷爾德-2彗星樣本返回地球。“星塵”于2004年1月2日與懷爾德-2彗星交會，并伸出“網(wǎng)球拍”狀“氣凝膠塵埃采集器”捕獲了彗星物質(zhì)粒子。現(xiàn)有100名專業(yè)研究人員和上千名業(yè)余好者參與彗星塵埃的分析和研究，完整的分析可能耗時10年。

2004年3月2日發(fā)射的歐洲“羅塞塔”由軌道器和著陸器組成，它將在2014年11月進(jìn)入楚留莫夫-格拉西門克彗星軌道，并向該彗星釋放小型著陸器。其軌道器用于分析彗星的物理和化學(xué)構(gòu)成及其電磁和引力等特性；著陸器裝有用于取樣和就地研究分析的探測儀器。

2005年1月12日發(fā)射的美國“深度撞擊”用于探測彗核內(nèi)部與其表面之間的不同。它由軌道器和撞擊艙組成，其中的撞擊艙于2005年7月4日首次撞擊了坦佩爾-1彗星，效率最高，這是人類第一個實際接觸并探索彗星的空間活動，用于造成彗星內(nèi)部物質(zhì)溢出，軌道器收集到了彗星內(nèi)部物質(zhì)信息。

2010年11月4日，“深度撞擊”軌道器從近距離掠過哈特利-2彗星時拍攝了彗星的罕見特寫圖像，成為首個近距離造訪2顆彗星的探測器。

彗星探測之路也并不平坦。例如，美國2002年7月3日發(fā)射的“彗核旅行”上天不久就與地面失去聯(lián)系。“深度撞擊”也沒有取得預(yù)期的效果。

美國“奧西里斯”風(fēng)化層探測者探測器

美國“新地平線”在冥王星上空

小行星探測器

小行星也是太陽系形成時殘留下來的初始物質(zhì)，探索小行星可獲得太陽系形成的科學(xué)信息。在小行星上有可能發(fā)現(xiàn)人類可利用的資源。研究近地小行星，可尋找防止小行星撞擊地球的技術(shù)和方法。

1996年2月17日，美國發(fā)射了“尼爾”小行星探測器，它于2000年2月14日進(jìn)入距愛神小行星35千米高的軌道，這是空間探測器首次成功進(jìn)入小行星軌道?！澳釥枴睅в?臺儀器，用于確定愛神星的尺寸、質(zhì)量、密度和磁場及巖石成分，傳回了16萬張照片。2001年2月12日，“尼爾”在探測任務(wù)結(jié)束之際首次實現(xiàn)探測器在小行星上降落。

2003年5月9日，日本發(fā)射了“隼鳥”小行星探測器，它于2005年9月12日飛抵絲川小行星，它不僅發(fā)回絲川的圖像，還先后兩次短時間著陸于絲川小行星采集其表面的巖石樣本。2010年6月13日，隼鳥號攜帶采自小行星表面的首批樣本返回地球。

2007年9月27日，美國發(fā)射了首個用離子推進(jìn)技術(shù)完成實用型科學(xué)探測任務(wù)的黎明號小行星探測器。2011年7月15日，黎明號進(jìn)入灶神星小行星軌道，成為首個對火星和木星之間小行星帶中的小行星進(jìn)行探測的空間探測器。2012年5月10日美國宣布，通過分析黎明號發(fā)回的最新數(shù)據(jù)，科學(xué)家對灶神星的地貌特征以及它與太陽系行星的關(guān)系等有了新認(rèn)識。2012年7月，黎明號將離開灶神星，飛往谷神星，2015年2月抵達(dá)，對其進(jìn)行軌道探測，從而成為首個先后飛往兩個天體并繞其做軌道飛行的探測器，也是第一個探測小行星帶的探測器。利用黎明號上的同一套科學(xué)儀器探測兩個不同目標(biāo)，便于科學(xué)家將兩套探測數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的對比分析。

2014年，日本將發(fā)射隼鳥-2，它于2020年攜帶1999JU3小行星表面物質(zhì)返回地球。

2016年，美國將發(fā)射“奧西里斯”風(fēng)化層探測者探測器，它于2023年攜帶至少60克1999 RQ36小行星表面物質(zhì)返回地球。

2017年1月，美國將發(fā)射“埃莫”近地小行星探測器，將與一個由3顆小行星組成的2001 SN263小行星系統(tǒng)進(jìn)行交會、著陸和探測，用于對未來載人小行星探測計劃提供至關(guān)重要的實際考察數(shù)據(jù)。該探測器于2021年11月達(dá)到2001 SN263，對這個小行星系統(tǒng)進(jìn)行8個月的詳細(xì)研究，包括高分辨率制圖和至少兩次著陸等。

美國“卡西尼”號向土衛(wèi)6釋放歐洲“惠更斯”著陸器

其他探測器

2006年1月19日，美國發(fā)射了世界第一個冥王星探測器“新地平線”。它將于2015年7月在靠近冥王星和冥衛(wèi)1的地方展開為期5個月的探測，2017～2020年進(jìn)入柯伊伯帶探測，時間持續(xù)5～10年。它之所以采用飛躍的方式探測冥王星主要有兩個原因：一是科學(xué)原因，因為假若探測器進(jìn)入冥王星軌道，就將無法繼續(xù)前行去探測柯伊伯帶了；二是工程因素，它飛行速度非?？欤绻M(jìn)入冥王星軌道，探測器必須把速度降低90%，這就要求探測器攜帶1000倍的燃料。

人類至今沒有發(fā)射過專用探測器去拜訪天王星和海王星，只是利用美國旅行者-2探測器在1986年和1989年先后飛越天王星與海王星時順路探測了它們。