小天體探測任務(wù)統(tǒng)計與分析

王冠武小琴（ 中國空間技術(shù)研究院 北京空間機(jī)電研究所）

小天體探測任務(wù)統(tǒng)計與分析

王冠1武小琴2（1 中國空間技術(shù)研究院 2 北京空間機(jī)電研究所）

Statistics and Analysis of Small Body Exploration Mission

截至2016年底，世界各國針對月球以遠(yuǎn)的太陽系天體共開展過244次探測活動，其中專門的小天體探測任務(wù)為14次，僅次于月球（114次）、火星（43次）和金星（41次）探測任務(wù)。此外，包括“國際彗星探測者”（ICE）、“維加”（Vega）、“伽利略”（Galileo）在內(nèi)的8次其他天體探測任務(wù)在擴(kuò)展任務(wù)階段和飛行過程中也對小天體進(jìn)行了飛越探測，稱為擴(kuò)展小天體探測任務(wù)。這22次任務(wù)針對不同的小天體進(jìn)行了探測，實(shí)現(xiàn)了飛越、撞擊、環(huán)繞、著陸和采樣返回等多種探測形式，取得了一系列重大的探測成果。美國、日本、歐洲航天局（ESA）和俄羅斯等多個航天國家或機(jī)構(gòu)都制訂了明確的小天體探測計劃，未來小天體探測仍將是空間探測的一個重要發(fā)展方向。

1 小天體探測發(fā)展歷程分析

小天體探測的起步較晚，20世紀(jì)80年代，世界主要航天國家才開始關(guān)注小天體探測。小天體探測的發(fā)展主要可以分為2個時期，分別為1986年以前的探測熱潮期和1996年以后的探測穩(wěn)步發(fā)展期。小天體探測熱潮期主要由哈雷彗星的到來引起，當(dāng)時日本、歐洲、蘇聯(lián)和美國都參與了哈雷彗星的探測，共進(jìn)行了3次專門的小天體探測任務(wù)和3次擴(kuò)展小天體探測任務(wù)，這6次飛越哈雷彗星的探測任務(wù)被稱為“哈雷艦隊”，實(shí)現(xiàn)了對哈雷彗星的詳盡觀測；小天體探測穩(wěn)步發(fā)展期由美國和日本引導(dǎo)，共進(jìn)行了11次專門的小天體探測任務(wù)和3次擴(kuò)展小天體探測任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了從飛越到采樣返回的各類小天體探測方式。在這兩個主要的探測時期之間，美國還進(jìn)行了2次擴(kuò)展小天體探測任務(wù)。

小天體探測熱潮期發(fā)生在空間探測的平靜期（1980－1993年），整個平靜期全球總共只進(jìn)行了16次空間探測任務(wù)，其中6次任務(wù)參與了哈雷彗星的探測。當(dāng)時，哈雷彗星將時隔76年再次返回內(nèi)太陽系，科學(xué)家積極倡議開展對哈雷彗星的探測。日本和歐洲分別設(shè)定了針對哈雷彗星的探測任務(wù)，期望在小天體探測領(lǐng)域取得領(lǐng)先優(yōu)勢，蘇聯(lián)也決定令其“維加”探測器在完成金星探測后飛越哈雷彗星。而作為航天強(qiáng)國的美國在當(dāng)時遭受財政問題，在1979－1988年的10年期間完全停滯了空間探測任務(wù)的發(fā)射，在此次哈雷彗星的探測熱潮中并未設(shè)立專門的探測任務(wù)。但美國航空航天局（NASA）并不想放棄機(jī)會，提出了利用已經(jīng)完成主要任務(wù)的國際日地探險者－3（ISEE－3）進(jìn)行彗星探測，并在1983年將其更名為“國際彗星探險者”，開始彗星探測之旅。1985年12月，“國際彗星探險者”飛越賈可比尼－秦諾彗星，實(shí)現(xiàn)了首次彗星探測，取得了彗星探測的先機(jī)。1986年3月，“哈雷艦隊”的6顆探測器對哈雷彗星進(jìn)行了聯(lián)合探測，獲得了哈雷彗星的眾多珍貴資料，同時也結(jié)束了小天體探測的熱潮。

小天體探測任務(wù)

1986－1995年，小天體探測進(jìn)入平靜期，只有美國開展了2次擴(kuò)展小天體探測任務(wù)。1996年開始，小天體探測重新開啟，美國、日本、歐洲和中國都開展了對于小天體的探測任務(wù)，獲得了小天體的諸多珍貴資料。同時，小天體探測也成為了先進(jìn)空間探測技術(shù)的試驗場，小推力推進(jìn)技術(shù)、深空采樣返回技術(shù)等都在小天體探測中得到了首次應(yīng)用。在小天體探測穩(wěn)步發(fā)展期內(nèi)，各國主要以數(shù)量眾多的小行星作為探測目標(biāo)。其中，美國開展了數(shù)量最多、方式多樣的小天體探測任務(wù)，日本成功實(shí)施了小行星采樣返回任務(wù)，一舉取得了小行星探測的領(lǐng)先地位，歐洲實(shí)現(xiàn)了彗星的環(huán)繞和著陸，中國的嫦娥－2完成了4179號圖塔蒂斯小行星的飛越探測。未來10年內(nèi)，小天體探測將保持每5年2～4次的任務(wù)發(fā)射頻率，繼續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。

從小天體探測開始以來，幾乎所有火星以遠(yuǎn)的空間探測任務(wù)都加入了小天體探測的元素，包括“伽利略”、“卡西尼-惠更斯”、“新視野”等。這些任務(wù)在飛行過程中都會經(jīng)過小行星帶，因此美國航空航天局在設(shè)計這些任務(wù)的轉(zhuǎn)移軌道時均考慮令其順便探訪小天體目標(biāo)，這樣做有益于提高任務(wù)的科學(xué)回報。

2 小天體探測進(jìn)展分析

經(jīng)過30余年的發(fā)展，世界主要航天國家在小天體探測方面都取得了不同程度的進(jìn)展。美國在探測次數(shù)上占據(jù)絕對的優(yōu)勢，共開展了7次專門的小天體探測任務(wù)，其中彗星探測任務(wù)3次，小行星探測任務(wù)4次，另有5次其他探測任務(wù)在轉(zhuǎn)移期間或擴(kuò)展任務(wù)期間對小天體進(jìn)行了探測；日本緊隨美國之后，共開展了5次專門的小天體探測任務(wù)，包括2次彗星探測任務(wù)，3次小行星探測任務(wù)；歐洲則開展了2次專門的小天體探測任務(wù)，都是圍繞彗星展開的探測任務(wù)；蘇聯(lián)利用金星探測器進(jìn)行了2次彗星探測任務(wù)，中國利用月球探測器進(jìn)行了1次小行星探測任務(wù)。

所有探測小天體的空間探測任務(wù)統(tǒng)計

這22次任務(wù)中，很多探測器進(jìn)行了多個小天體目標(biāo)的探測，小天體共計被探測了26次（包括灶神星和谷神星），其中被探測多次的小天體有哈雷彗星（6次）和坦普爾－1彗星（2次）。換句話說，人類目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對20顆小天體的探測，其中美國探測了14顆小天體，日本探測了2顆小天體，歐洲探測了5顆小天體，蘇聯(lián)探測了1顆小天體，中國探測了1顆小天體。美國、歐洲、日本、蘇聯(lián)都探測了哈雷彗星。

小天體探測任務(wù)的探測目標(biāo)及探測方式統(tǒng)計

按照探測方式考慮，小天體探測大多為飛越探測，環(huán)繞、著陸以及采樣返回的次數(shù)很少。這是因為環(huán)繞和著陸的難度較大，并且很多次小天體探測不是主要任務(wù)目標(biāo)。除了飛越探測以外，美國實(shí)施了1次彗星撞擊，1次彗星飛越采樣返回，2次小行星環(huán)繞，1次小行星環(huán)繞和著陸，“奧西里斯”仍在飛行途中；日本實(shí)施了1次小行星環(huán)繞和著陸采樣返回，隼鳥－2則仍在飛行途中；歐洲則實(shí)施了1次彗星環(huán)繞和著陸?？梢钥闯?，美國在小天體探測任務(wù)多樣性和探測深度上處于領(lǐng)先，日本和歐洲則分別在小行星和彗星探測上具有一定的優(yōu)勢。

3 未來小天體探測計劃

小天體探測不僅具有空間資源利用和探測太陽系起源的意義，還是火星載人探測技術(shù)試驗的關(guān)鍵階段之一。另外，小天體對地球存在潛在碰撞威脅也引起了巨大的關(guān)注。目前，美國和日本都制定了明確的小行星探測計劃，其他航天國家也表達(dá)了實(shí)施小行星探測的意愿。

美國計劃在2025年前再實(shí)施數(shù)次小行星探測任務(wù)，包括與歐洲航天局合作實(shí)施的“小行星撞擊與偏轉(zhuǎn)評估任務(wù)”（AIDA），以及2017年新選定的兩項隸屬于“發(fā)現(xiàn)計劃”的小行星探測任務(wù)“露西”（Lucy）和“賽姬”(Psyche)等。

日本通過小行星采樣探測，走出了獨(dú)特的空間探測之路，并取得了巨大的成功。未來，日本將繼續(xù)發(fā)展小行星采樣返回探測，使日本空間科學(xué)研究和空間探測技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展。2014年，日本成功發(fā)射了隼鳥－2，目標(biāo)是對C類小行星1999 JU3進(jìn)行采樣返回任務(wù)，該任務(wù)現(xiàn)在還在飛向目標(biāo)的旅途當(dāng)中。

其他國家方面，俄羅斯對小行星阿波菲斯的探測計劃尚在定義階段，韓國方面宣稱將于2032年發(fā)射小行星采樣返回探測器，印度方面也表示將適時開展小行星探測。