回望2014年全球深空探測

□ 魯暘筱懿

回望2014年全球深空探測

□ 魯暘筱懿

2014年人類在成長的道路上繼續(xù)前行。無論是出于科學(xué)探索與技術(shù)發(fā)展還是政治博弈的目的，各航天大國依然按照自身發(fā)展的需求繼續(xù)實現(xiàn)著各自的航天探索夢想。大國間或聯(lián)合或獨立完成了一次又一次令人振奮的深空探索計劃。寂靜的夜空一次又一次被火箭發(fā)動機的光芒照亮。讓我們通過一系列具有代表性的深空探測事件重溫那些令人激動的時刻……

2014年1月25日

2004年機遇號降落不久后照下的第一張彩色的全景照，顯示出火星的子午線高原的地貌。圖片來源：N A S A

機遇號登陸火星十周年！機遇號(O p p o r t u n i t y)于2004年1月24日登陸火星。著陸后僅3個月就完成了其最初任務(wù)，之后繼續(xù)向地球傳回大量科學(xué)影像數(shù)據(jù)。截止到2014年12月17日，機遇號在火星地表上已行駛超過41.42千米,共度過了3874個火星日，向地球傳回了187000張圖片。2005年4月到6月，機遇號的數(shù)個輪子卡在了沙丘里，在地球上進行了超過了6周的物理模擬來尋找最佳方法讓它從沙中脫困以避免永久地卡住而報廢。后來在一次幾厘米的移動之后才成功脫困，并繼續(xù)它的旅程。機遇號目前最大的麻煩是由于設(shè)計采用閃存作為其數(shù)據(jù)存儲媒介，因此它有時不得不將目前正繞火星飛行的“奧德賽”火星軌道探測器作為“移動硬盤”，通過數(shù)傳通信技術(shù)使其充當(dāng)暫時的數(shù)據(jù)拷貝載體。機遇號成功地研究了土壤和巖石樣本并在登陸地點照下了全景照片。它采集的樣品讓N A S A的科學(xué)家能夠提出關(guān)于赤鐵礦的存在以及過去地表存在過水的假說。

2014年2月14日

嫦娥二號獲取的虹灣地區(qū)高清圖像。 圖片來源：C L E P

嫦娥二號衛(wèi)星再次刷新我國深空探測最遠距離紀(jì)錄，達到7000萬千米。嫦娥二號衛(wèi)星已成為我國首個人造太陽系小行星。狀態(tài)良好的“嫦娥二姑娘”正在繞日軌道上飛向更遠深空。預(yù)計嫦娥二號將最遠飛行至距離地球3億千米處，并將于2029年前后回歸至距地球700多萬千米的近地點。嫦娥二號發(fā)回的月球全球特別是虹灣地區(qū)的高清影像數(shù)據(jù)，對嫦娥三號成功著陸月球起到了重要作用。中國深空探測系統(tǒng)利用嫦娥二號探測器實現(xiàn)的主要技術(shù)突破與創(chuàng)新包括：探測器由運載火箭直接發(fā)射至地月轉(zhuǎn)移軌道、X波段深空測控技術(shù)驗證、月球軌道捕獲與軌道測定軌技術(shù)等工程技術(shù)。除此之外，嫦娥二號還成功對飛臨的托塔蒂斯小行星進行了遙測，使中國成為繼美國、日本、歐空局后又一個成功開展小行星飛臨探測的國家或國際組織。

2014年7月16日

旅行者1號飛行設(shè)想圖。圖片來源： S t e v e B o w e r s

旅行者1號飛了近37年，航程約191億千米，它是有史以來飛離地球最遠、飛行速度最高的飛行器(已經(jīng)達到第三宇宙速度)。如今旅行者1號已經(jīng)進入太陽系最外層邊界。旅行者1號最主要的任務(wù)是1979年和1980年分別掠過木星和土星系統(tǒng)，隨即為地球帶來了第一批有關(guān)木星、土星及其光環(huán)和衛(wèi)星系統(tǒng)的清晰畫面。將人類視野清晰地拓展到了太陽系巨行星際空間。1979年3月至4月旅行者1號利用與木星擦肩而過的機會對木星的衛(wèi)星、光環(huán)、磁極輻射帶進行了高分辨率拍攝。探測器發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)一上的火山活動、木衛(wèi)二表面縱橫交錯的紋理以及土衛(wèi)六的濃密大氣層；還發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)十四、十五和十六以及土衛(wèi)十三、十四和十五。旅行者1號攜帶有低能帶電粒子、宇宙射線子系統(tǒng)和磁強計等科學(xué)儀器，這些科學(xué)儀器將會在飛船運行的大尺度空間內(nèi)為人類解開太陽系邊界之謎。

2014年7月16日

阿聯(lián)酋宣布設(shè)立一個航天機構(gòu)，目標(biāo)是在2021年之前將阿拉伯國家第一艘無人探測器送上火星。向火星發(fā)射探測器對于任何航天機構(gòu)來說都是一個很大的挑戰(zhàn)，特別是作為首次太空任務(wù)。阿聯(lián)酋已在發(fā)展航天技術(shù)方面投入了大量資金，其中包括通信與遙感衛(wèi)星技術(shù)。這些工作由阿聯(lián)酋先進科技研究院（E I A S T）牽頭負責(zé)。阿布扎比是阿聯(lián)酋的七個酋長國之一，已為英國維珍銀河公司投資了3.9億美元，該公司正在研發(fā)亞軌道旅游飛船“太空船二號”，并計劃在阿聯(lián)酋建造一個航天發(fā)射場發(fā)射“太空船二號”。眾所周知古代阿拉伯人在今天的巴格達、大馬士革、開羅、科爾多瓦等地建有當(dāng)時世界一流的天文臺，并研制了相當(dāng)精密的天文觀測儀器。以花剌子密（A l -K h w a r i z m i）等為代表的阿拉伯天文學(xué)家們所取得的成就，代表著當(dāng)時人類天文學(xué)的最高水平。阿聯(lián)酋利用目前雄厚的國家財力及一定的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)展航天科技，意在證明阿拉伯世界對于太空探索的渴望。

阿聯(lián)酋宣布設(shè)立航天機構(gòu)的新聞發(fā)布現(xiàn)場。圖片來源：U A E S A

2014年8月5日

“奧德賽”號探測器繞火星飛行設(shè)想圖。圖片來源： N A S A

當(dāng)天，美國“奧德賽”火星軌道器(2001M a r s O d y s s e y)的推進裝置持續(xù)點火5.5分鐘，以改變目前探測器飛行軌道。此次軌道機動是經(jīng)過嚴(yán)密計算的，目的是讓“賽丁泉”彗星(C/2013A 1)在10月19日抵達最接近火星區(qū)域的那半小時內(nèi)，這艘飛船能夠正好處于火星背面的位置，從而避開可能與彗星碰撞的危險?！皧W德賽”號探測器主要任務(wù)是尋找火星上火山活動與水存在的跡象?！皧W德賽”號攜帶的熱輻射成像系統(tǒng)、伽馬射線光譜儀和火星環(huán)境輻射探測儀所獲得的科學(xué)數(shù)據(jù)為后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)火星上有水存在提供了有力的科學(xué)依據(jù)。2008年鳳凰號探測器確認(rèn)火星上有水存在就和“奧德賽”號當(dāng)年的預(yù)測相符合。“奧德賽”號已成為美國火星著陸探測器和軌道飛行器與地球通訊的中繼衛(wèi)星。目前“奧德賽”號的任務(wù)重點已轉(zhuǎn)為對火星局部區(qū)域溫度及氣流變化的觀測。如果“奧德賽”號探測器推進劑充足，它至少可以工作到2016年甚至更久的時間。

2014年8月6日

好奇號火星車迎來了它著陸火星兩周年的紀(jì)念日。過去的兩年中，經(jīng)歷了很多挑戰(zhàn)，同時取得了巨大的成果，向地球傳輸了海量火星圖像及重要發(fā)現(xiàn)。12月3日，科學(xué)家們宣布，美國宇航局的好奇號火星車近日在火星表面探測到了復(fù)雜的有機化學(xué)環(huán)境，并探查到長期以來科學(xué)家們一直在搜尋的一類有機物可能存在的信號，這種有機物可能對于原始生命的產(chǎn)生有所幫助。好奇號上搭載的可調(diào)制激光光譜儀(T L S)的分析結(jié)果——這一設(shè)備的原理是使用強烈的激光來進行樣品化學(xué)成分分析。其分析結(jié)果顯示在短短60個火星日內(nèi)，甲烷氣體含量便飆升了超過10倍。好奇號還在一塊被稱作坎伯蘭（C u m b e r l a n d）的巖石上的鉆孔粉末顆粒物中檢測到不同的火星有機物分子，這也是人類首次在火星表面物質(zhì)中檢測到確鑿的有機物成分。這些有機物有可能是在火星上形成的，但也有可能是由隕石從其他地方帶來的。在未來，它還將等待著“洞察”號等新伙伴加入到火星探測任務(wù)的行列之中來。

2014年9月22日

美國宇航局“火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)”探測器(M A V E N)成功進入火星軌道，并調(diào)整成橢圓形的工作軌道——最近距離火星150千米，最遠則達6300千米，以便從不同的角度觀察火星大氣。M A V E N有四個主要科學(xué)目標(biāo)：了解從大氣逃逸至太空的揮發(fā)物于大氣演化所扮演的角色，進而了解火星大氣、氣候、液態(tài)水和行星適居性的歷史；了解當(dāng)今上層大氣與電離層的狀態(tài)，還有與太陽風(fēng)的交互作用；了解當(dāng)今中性粒子與離子從大氣逃逸的狀況與相關(guān)機制；測得大氣中穩(wěn)定同位素的比例，以了解大氣隨時間流失的情況。除此之外，科學(xué)家還將利用探測器數(shù)據(jù)驗證火星大氣中甲烷形成的理論模型。M A V E N探測任務(wù)將會幫助人類全面地了解火星大氣情況，也將使我們更科學(xué)地分析地球大氣的演化過程。

“火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)”探測器進入火星軌道概念圖。圖片來源：N A S A

2014年9月25日

印度“曼加里安”號探測器向地球傳回首張火星照片。“曼加里安”號是2013年11月從印度南部斯里赫里戈達島發(fā)射升空的，途徑6.66億千米共計10個月的時間抵達火星軌道。預(yù)計探測器將在軌工作至少6個月，探測器上攜帶的照相機、成像光譜儀和甲烷感應(yīng)器等設(shè)備將被用來掃描火星表面及火星大氣層，獲得的科學(xué)數(shù)據(jù)將用來研究火星是否存在生命演化過程中關(guān)鍵的物質(zhì)甲烷，并探索火星上是否曾經(jīng)存在原始生命形態(tài)。至此，在火星上運行的探測器已達七個，分別是：印度的“曼加里安”號軌道探測器、歐空局的“火星快車”軌道探測器、 美國的“火星大氣與揮發(fā)演化”軌道探測器、火星勘測軌道飛行器、火星“奧德賽”號軌道器、 “機遇”號火星車和“好奇”號火星車。全球的火星探測進入了又一個高潮期。

印度“曼加里安”號火星探測器傳回的首張火星照片。圖片來源：I S R O

2014年10月19日

賽丁泉彗星太陽系內(nèi)運行軌道示意圖。圖片來源：N A S A/J P L

C/2013A 1的“賽丁泉彗星”（S i d i n g S p r i n g）以20.2萬千米的時速掠過火星，它與火星的距離僅為14萬千米，是地球到月球距離的三分之一。賽丁泉彗星45億年前形成于太陽系外圍球體云團“奧爾特云”，由冰、塵和石頭組成，形成時間比地球還早。這是賽丁泉彗星首次進入內(nèi)太陽系，其內(nèi)部物質(zhì)幾乎沒受到太陽光線照射而改變，意即與成形初期狀態(tài)不會差太多，讓科學(xué)家有機會一探太陽系起源的奧秘。美國宇航局（N A S A）利用目前正在火星執(zhí)行任務(wù)的奧德賽（O d y s s e y）探測器、火星勘測軌道飛行器和火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)探測器（M A V E N）三個軌道探測飛行器和火星表面的機遇號火星車對這顆彗星進行了協(xié)同觀測。根據(jù)探測器傳回的圖像初步顯示由于彗星軌道離太陽較遠，因此活動并不劇烈，亮度顯得不高。

2014年11月1日

再入返回飛行試驗器拍攝到的地月合影圖像。圖片來源：C L E P

早上6點41分，經(jīng)過漫長而充滿艱險的返回征程，中國探月工程三期嫦娥五號飛行試驗器（嫦娥再入返回飛行試驗器）的返回器成功在內(nèi)蒙古中部四子王旗預(yù)定著陸區(qū)降落。飛行試驗器是由服務(wù)艙和返回器組成，2014年10月24日由長征3號丙增強型火箭成功搭載發(fā)射。10月27日再入返回飛行試驗器飛抵距月球6萬公里附近，進入月球引力影響球，開始月球近旁轉(zhuǎn)向飛行。10月28日，再入返回飛行試驗器完成月球近旁轉(zhuǎn)向飛行，離開月球引力影響球，進入月地轉(zhuǎn)移軌道。10月30日，再入返回器在經(jīng)過再次軌道修正后返回地球。返回器的主要用途是驗證和掌握探月飛行器再入返回關(guān)鍵技術(shù)。通過這次飛行任務(wù)驗證了六項關(guān)鍵技術(shù)：驗證返回器氣動外形設(shè)計技術(shù)；驗證返回器防熱技術(shù)；驗證返回器半彈道跳躍式高速再入導(dǎo)航制導(dǎo)與控制系統(tǒng)技術(shù)；驗證月地返回及再入地面測控支持能力；驗證返回器可靠著陸技術(shù)；驗證返回器可靠回收技術(shù)。這些技術(shù)的成功實現(xiàn)為我國未來開展月球采集樣本返回任務(wù)提供了技術(shù)前提和保障。

2014年11月12日

67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星（К о м е т а Ч у р ю м о в а —Герасименко）迎來了羅塞塔號搭載的“菲萊”登陸器，這是有史以來第一次有人造探測器降落在彗核上?！傲_塞塔”號探測器上搭載的“菲萊”號著陸器登陸67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星的過程并不順暢。因為彗星的萬有引力太小，登陸之后，“菲萊”號曾發(fā)生彈跳，歷經(jīng)三次嘗試，“菲萊”著陸器才穩(wěn)定在彗星表面安全位置?！胺迫R”號是太空探索史上第一次成功的彗星登陸任務(wù)?！傲_塞塔”號登陸器是2004年3月2日由阿麗亞娜5G火箭搭載發(fā)射升空，10年8個月的飛行途中完成多次太陽系天體觀測任務(wù)，于2014年5月在距彗星200萬公里處傳回首批彗星圖像?！胺迫R”著陸器擔(dān)負的科學(xué)任務(wù)包括：描述彗星彗核、確定存在的化合物及研究彗星活動及隨時間的發(fā)展?！胺迫R”著陸器任務(wù)的成功被《科學(xué)》雜志評為2014年最重要的科學(xué)突破。

“菲萊”號著陸后拍攝到的丘留莫夫-格拉西緬科彗星上一處懸崖。圖片來源：E S A

2014年12月6日

“獵戶座”飛船成功重返地球墜落在海面上。圖片來源：N A S A

美國新一代載人航天器“獵戶座”飛船（O r i o n）成功完成首次無人試飛后墜落在墨西哥附近的太平洋上?！矮C戶座”飛船最多可同時搭乘六名宇航員，作為星座計劃中可重復(fù)利用的人員運輸設(shè)備，負責(zé)2020年將人類再次運往月球。飛船設(shè)計融入了電腦、電子、生命維持、推進系統(tǒng)等多領(lǐng)域的最新技術(shù)，依靠飛船外部的太陽能電池板，電力系統(tǒng)可以減少對燃料電池的依賴?！矮C戶座”飛船作為美國未來主要的深空探測宇航員的運輸設(shè)備，將會承擔(dān)國際空間站維持、低地球軌道以外空間任務(wù)支持、火星探測等任務(wù)?！矮C戶座”飛船完全替代了還在概念階段的軌道太空飛機，它的研制是出于美國對過去本國載人航天器安全隱患的反思，由此美國航天局還批準(zhǔn)了美國太空探索技術(shù)公司(S p a c e X)制定的如何利用“龍”飛船(D r a g o n)和F a l c o n 9火箭將宇航員送往國際空間站的計劃，這也成為S p a c e X發(fā)展中的重要里程碑。

2014年12月7日

“新視野”號完成組裝后的俯視場景。圖片來源：N A S A

“新視野”號(N e w H o r i z o n s)于2014年12月7日被成功“喚醒”。此次將探測器從休眠狀態(tài)中最后一次“叫醒”是為了2015年7月對冥王星和冥衛(wèi)一卡戎等柯伊伯帶天體探測做最后的準(zhǔn)備。“新視野”號于2006年1月發(fā)射升空，它將飛往太陽系邊緣。探測器的動力來源主要來自一臺核能電池，發(fā)電機依靠放射性同位素自然衰變所釋放的熱，以電熱隅形式發(fā)電，以應(yīng)對遠離太陽時太陽能不足所帶來的能源短缺問題。為了節(jié)約電力，延緩設(shè)備老化及運營成本等問題，探測器在飛行途中除對木星及定期向地球發(fā)回確認(rèn)信號外，幾乎三分之二的時間處于“休眠”狀態(tài)。美國航空航天局發(fā)起的這次探測任務(wù)將是人類第一次近距離對冥王星及附近天體的專程“訪問”，意在進一步了解這顆遙遠的太陽系天體的真實面貌以及冥王星衛(wèi)星卡戎是否存在生命。探測器攜帶有一臺由可見光成像相機和線性標(biāo)準(zhǔn)成像光譜陣列組成的圖像捕捉系統(tǒng)，用以捕捉冥王星細節(jié)圖像。在“新視野”號與冥王星和其衛(wèi)星，以及位于柯伊伯帶的一顆冰凍天體擦肩而過后，它將攜帶人類信息飛向更加遙遠的恒星際空間。

2014年12月15日

凌晨，嫦娥三號著陸器圓滿完成第十三個月晝的全部預(yù)定工作，順利進入月夜休眠。截至12月14日21時14分，嫦娥三號登陸月球已滿一周年。登陸月面一年中，嫦娥三號先后進行13次月夜休眠和月晝喚醒，成功經(jīng)受住歷次月夜極寒環(huán)境的考驗；完成了30余次無線電測量試驗和8次U H F器間通信試驗，器載月基光學(xué)望遠鏡進行了軸系定標(biāo)、巡天觀測和定點觀測，獲取幾萬幅珍貴的快視圖像數(shù)據(jù)。嫦娥三號所獲取的工程及科學(xué)實驗數(shù)據(jù)為我國未來月球和深空探測的規(guī)劃設(shè)計提供了堅實的理論依據(jù)。

玉兔號巡視器對嫦娥三號著陸器“回望”場景。圖片來源：C L E P

2014年12月23日

俄羅斯最新的“安加拉A 5”(АНГАРА-А5)重型運載火箭發(fā)射瞬間。圖片來源：I T A R-T A C C

俄羅斯在普列謝茨克發(fā)射場成功試射了最新的“安加拉A 5”(АНГАРА-А5)重型運載火箭。該型火箭使用液氧煤油作為火箭發(fā)動機燃料，推力980噸，載荷：200公里軌道25.8噸，地極軌道5.4噸，地球同步軌道2.8噸。這種重型火箭將使俄產(chǎn)商業(yè)發(fā)射火箭保持強有力的競爭力并將于2025年后完全替代目前的“質(zhì)子-M”號火箭。安加拉A 5火箭全部使用俄國產(chǎn)配件制造，并且將從普列謝茨克和遠東地區(qū)東方發(fā)射場發(fā)射，從而保障俄羅斯對太空領(lǐng)域的獨立探索計劃的實施。2014年全球共進行了92次火箭發(fā)射。其中俄羅斯32次（1次失敗），美國23次（1次失?。袊?6次，歐洲航天局11次（1次失?。?，印度4次，日本4次，以色列1次。"海上發(fā)射"平臺1次。每一次動人心魄的發(fā)射的背后都承載著無數(shù)航天人的堅持與夢想，每一臺沖出大氣層的航天器都昭告著人類探求真理的決心。

……

旅客要在每個陌生門口敲叩，才能敲到自己的家門

——泰戈爾《吉檀迦利》。

（責(zé)任編輯 張長喜）