国外空间探测器发展概览

□ 庞之浩

美国信使号进入水星轨道

空间探测器的问世使人类可以近距离探测地外星球，甚至就地考察、取样返回、载人登陆，从而获得了大量有用信息：进一步揭示地球、生命乃至太阳系的起源和演变；掌握太阳系内一些重要地外星球上的生命、地质、气候、重力、环境等。

目前，全球已发射了多种空间探测器，它们相继考察了月球、水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、小行星和彗星等，并将探测冥王星。通过这些空间探测器，人类在工程和科学等方面都获取得了巨大成果，初步撩开了太阳系内一些重要地外星球的面纱，回答了过去天文学家们争论不休的许多问题。

月球探测器

至今，人类共发射了约130个月球探测器，成功率约为50%，其中21世纪初发射的全部获得成功。

随着月球探测技术水平的不断提高，月球探测的广度和深度也在不断扩大。目前的探月方式主要有：用环绕的方式全面获取月球信息；用软着陆的方式对月球重要区域进行详细考察；用取样返回的方式对月球重要区域进行精准分析；用撞击的方式探测月球的内部结构和组成；用飞镖穿透的方式研究月震及其他亚地表现象；用建立永久性载人基地的方式开发和利用月球的资源、能源和特殊环境，并为载人火星航行铺路。

2003年9月27日上天的欧洲智慧一号是世界第一个正式应用太阳能电推进系统飞向月球的空间探测器，其主要成就有两项：一是试验太阳电推力技术；二是对月球进行研究和绘图。

欧洲智慧一号月球探测器尾部装有太阳能氙离子推进器

美国“月球坑观测与感知卫星”撞月示意图

2007年9月14日上天的日本月女神-1由1个主探测器和2个子探测器组成，有些仪器的探测精确度是以往同类仪器的10～100倍。

2008年10月22日上天的印度月船-1具有体积小、质量轻、造价低、眼神好等特点。其装有1个月球撞击器，并采用国际合作方式。

2009年6月18日上天的美国“月球勘测轨道器”和“月球坑观测与感知卫星”性能十分先进，前者分辨率优于1米，为目前世界最高；后者于2009年10月9日猛烈撞击了月球，确认了月球上有不少水。

2011年9月10日上天的美国“月球重力恢复和内部实验室”由2个一样的月球探测器组成，主要任务是测量月球的引力场，进一步了解月球的热演变，从而研究月球的起源和演变。它采用创新的轨道设计，大大减少了进入月球轨道时为了制动减速所耗的燃料。

2013年1月，美国将发射“月球大气和尘埃环境探测者”。它用于收集月表数据，以及月表附近环境对尘埃的影响信息，了解未来月球探测活动可能对月球环境造成的影响，以及月球环境可能会对未来前往探测的人员和探月计划本身有何影响。这些数据还将帮助科学家了解太阳系以外的行星大气层。

欧日研制的“贝皮·科伦布”水星探测器

2012年4月7日，俄罗斯科学院宣布，将在2015年发射“月球-资源”、“月球-水珠”探测器，分别考察月球的南北极；2020～2022年发射月行车-3、4，让它们在月球极地着陆并连续工作5年，其间它们将分别漫游约30千米；2023年将发射月球着陆站，它将收集2辆月球车采集的月面标本，并将标本送回地球，留在月面的月球车和着陆装置将成为未来俄构建月球基地的第一批基础设施。

2015年，日本将发射月女神-2着陆器；2018年，将发射月球取样返回探测器；2025年前，将发射行走机器人登月。日本还拟在月球上建设太阳能电站。

2016年，印度将自行发射月船-2月球探测器，由1个轨道器、1个着陆器和1辆月球车组成，其中着陆器由俄罗斯提供，其他由印度研制。

2018年左右，欧洲将发射月球着陆器，其中包括用于研究人类永久居住地点的机器人。

英国、德国和韩国等国也计划发射各自的月球探测器。美法等国将合作在月球上建立地球物理观测网，它由8～10个观测站构成。

日本“月女神”主卫星正在释放子卫星

英国“月光”月球探测器

水星探测器

由于水星是离太阳最近的1个星球，所以探测它十分困难，至今只有美国的水手-10和信使号探测器探测过水星。

1973年11月3日，美国发射了水手-10探测器。它在1974年2月进入一条以176天为周期绕太阳飞行的椭圆轨道。这条轨道的近日点正好与水星绕太阳飞行的椭圆轨道的远地点相会，从而使水手-10每隔约6个月能与水星靠近两次。水手-10于1974年3月29日、9月21日和1975年3月16日曾3次在日心椭圆轨道上和水星相遇，对水星进行了探测。

2004年8月3日，美国发射了世界第一个专用水星探测器——信使号。它采用了先进的防热措施，装有7台用于完成6项科学目标的探测仪器。信使号于2011年3月17日进入环水星轨道，成为世界上第一颗水星探测轨道器，开始对水星进行为期1年的科学考察。探测任务结束后，它将与水星表面相撞而殒灭。

美国用航天飞机发射世界第一个木星专用探测器“伽利略”

2013年8月，将发射由欧洲牵头的“贝皮·科伦布”水星探测器，它于2019年进入水星轨道，展开为期一年的水星探测活动，研究水星表面特征、内部结构和磁场状态等，揭示这颗行星的构成和太阳对它的影响等。“贝皮·科兰布”由欧洲“水星行星轨道器”（主探测器）和日本“水星磁层轨道器”（次探测器）组成，其中“水星行星轨道器”携带11台仪器，用于研究水星表面和内部成分；“水星磁层轨道器”携带5台仪器，用于研究水星周围的磁层。

金星探测器

金星是太阳系八大行星中距地球最近的一颗行星，所以人类对太阳系行星的探测首先是从金星开始的。但由于金星总被浓厚的云层包围着，所以也很难探测。至今，人类已向金星发射了32个空间探测器，其中22个成功，10个失败。加上各种路过的探测器总数已超过40个。（详细内容请看本期的另一篇文章《备受青睐的金星空间探测器》）

美国“火星全球勘探者”探测器

欧洲将于2022年用阿里安-5火箭发射“木星冰月探测器”

火星探测器

火星是与地球最相似的行星，因此成为目前除地球以外人类研究程度最高的行星，人类用空间探测器对火星进行探测的历史几乎贯穿整个人类航天史。至今，人类已向火星发射了40多个探测器，成功率约为50%。

1960～1975年，苏联发射了“火星探测器”、“火星”和“宇宙” 3个系列探测器，但大部分都失败了。1988年，又相继发射了火卫-1、2，也都失败了。1996年，俄罗斯发射火星-96时“箭毁器亡”。

2011年11月，俄罗斯发射了载有中国萤火-1的“火卫1-土壤”取样返回探测器，它在进入地球轨道后由于变轨发动机无法点火，所以未能进入地火转移轨道，并于2012年1月再入大气层烧毁。

今后，俄罗斯将替代美国与欧空局共同实施耗资14亿美元的“火星生命探索者”：拟在2016年发射1个火星轨道探测器，观测火星大气；2018年发射火星车，考察火星表面；向火卫一发射火卫1-土壤-2探测器。

1964～1970年，美国发射了水手号系列探测器，其中有4个成功。1976年，美国海盗-1、2先后在火星表面成功软着陆。1992年，美国发射的“火星观测者”在即将进入火星轨道时与地面失去联系。

从20世纪90年代起，美国开始实施“火星生命计划”，以确定火星上是否存在生命。1996年，美国发射了“火星全球勘测者”和“火星探路者”，它们都获成功，其中后者首次携带了火星车。不过，美国于1998年和1999年发射的“火星气候轨道器”、“火星极区着陆器”均遭受失败。

2001年，美国发射的“火星奥德赛”探测器发现火星上有大量水冰，2012年6月因故障无法工作。2003年，美国先后发射的勇气号和机遇号火星车寿命大大延长，获取了重要成果，再次证实火星上有水，机遇号目前仍在工作。2005年发射的美国“火星勘测轨道器”是当今世界最先进、最大的人造火星轨道器，用于探测、选址和数据中继，拍摄了大量高清晰度火星图片。2007年发射的凤凰号火星着陆器是第一个在火星北极地区着陆的探测器，现已完成使命。2011年发射的“火星科学实验室”着陆器携带了第三代火星车——好奇号。

2003年6月2日，欧洲第一个火星探测器“火星快车”升空，成果颇丰，正在超期服役。2018年，欧洲将用俄罗斯火箭发射“火星生命探索者”火星车。

1998年，日本发射了希望号，后由于推进器故障没有进入火星轨道。2018年，日本将发射“火星探索着陆器与轨道器”，它包括2个轨道器和1个（或多个）着陆器。

据《印度时报》2012年7月14日透露，印度空间研究组织主席拉达克里希南表示，印度准备最早在2013年11月从斯里哈里科塔发射场用极轨卫星运载火箭-XL发射火星轨道器，也可能在2016年或2018年进行。该轨道器将在火星上空500千米～8000千米的轨道内运行，携带近25千克的科学有效载荷，科学目的是关注气候、地理，以及生命的起源、演进及持续性等。

欧洲“火星快车”探测器

美国“火星奥德赛”探测器

木星探测器

木星是太阳系八大行星中最大的一颗，并有很多天然卫星，很像是一个微型的太阳系，所以不少人认为探测木星有助于了解太阳系。

第一批访问木星的是美国“先驱者”-10、11，它们以行星际漫游的方式对木星进行了探测。1972年3月2日发射的“先驱者”-10于1973年12月在穿过木星云层时拍摄并发回了首批木星及其卫星的照片。1973年4月5日升空的“先驱者”-11于1974年12月5日从木星北极上空掠过，发回了探访木星的一批照片。

第二批访问木星的是美国“旅行者”-1、2，其中1977年8月20日发射的“旅行者”-2于1979年7月9日拍摄了木星大红斑照片，发现了木星的新卫星；1977年9月5日发射的“旅行者”-1于1979年3月5日传回第一批清晰的木星彩色照片，首次观测到了木星背阳面的极光，又发现了木星的新卫星。

1989年10月18日，美国发射了世界第一个木星专用探测器“伽利略”。它由轨道器和子探测器组成，其中子探测器于1995年12月8日进入木星大气层，首次对木星大气进行原位测量，获得了世界第一份关于木星大气层的一手资料。其轨道器载有近红外质谱仪、磁强计等，由2台同位素热电发生器提供电力，它在1995年12月7日抵达木星轨道后拍摄了1.4万张木星图片，发回照片的清晰度比“旅行者”高50倍以上，使人类首次完整地观测到木星、木星卫星及其磁场。2003年9月21日，在燃料即将用尽之时，“伽利略”受控撞击了木星。

美国“先驱者”-10探测器

2011年8月5日，美国发射了新一代木星探测器“朱诺”。它将于2016年7月进入木星轨道。该探测器采用自旋稳定，由高效太阳电池翼提供电力，是首个在距地球如此之远的宇宙空间中以太阳能作为主要能源的航天器，目的是经济、环保和减少辐射的影响。“朱诺”携带了9台科学探测仪器，用于了解木星这颗巨行星的形成、进化和结构等。

美国和欧洲正联合研制“木卫2木星系统任务”，以探测木星、木卫1～4。它包括“木星木卫2轨道器”和“木星木卫3轨道器” 2个探测器。“木星木卫2轨道器”主要由美国负责，携带11台科学仪器，用于确定木星系统是否隐藏有适合居住的世界，2020年2月发射。“木星木卫3轨道器”主要由欧洲负责，携带9台科学仪器，用于探测表征木卫3的海洋、深层内部、磁场、磁层、绘制其表面成分和地质特征，研究木卫4，观测木卫1，2020年3月发射，

2012年5月2日，欧空局宣布将于2022年用阿里安-5火箭发射“木星冰月探测器”，2030年抵达木星轨道，对木星及其卫星进行3年的观测，以探索木星卫星上存在生命的可能性，并研究行星形成和生命出现的条件是什么及太阳系是如何运转的。

日本“隼鸟”小行星探测器

土星探测器

土星的体积和质量仅次于木星，并与木星十分相像，表面也是液态氢和氦的海洋，并有较多的卫星，腰部还缠绕着一些绚丽多彩的光环。

最早探测土星的是先驱者-11、旅行者-1和2。1979年9月1日，先驱者-11成为第一个造访土星的探测器，为土星拍摄了第一张近距离照片。1980年11月12日，旅行者-1从距土星12600千米的地方飞过，共发回1万余幅彩色照片，发现了土星的3颗新卫星。1981年8月25日，旅行者-2从距离土星云顶10100千米的高空飞越，传回18000多幅土星照片，发现了土星的13颗新卫星。

1997年10月15日，世界上第一个土星专用探测器“卡西尼”升空，主要完成大约27项科学考察任务。它由轨道器（主探测器）和着陆器（子探测器）组成，其中轨道器由美国研制，带有12台科学仪器；名叫“惠更斯”的着陆器由欧空局研制，装载6台科学仪器。2004年7月1日，“卡西尼”进入土星轨道，同年12月25日，它释放了所携带的子探测器“惠更斯”，“惠更斯”穿过浓密的大气到达土卫6。2008年6月30日，“卡西尼”完成了基本任务。由于其研究结果提供了探索和发现土星秘密的重大机遇，以至于美国将“卡西尼”的任务延长了两年，目前仍在超期服役。

2007年，美国“新地平线”冥王星探测器在路过木星时传回了木星家族的最新详细照片。

2016年，美国计划发射“土星海探测器”，它将于2022年登陆并漂浮在土卫6表面 Ligeia海区域，该湖是土星最大的湖之一，表面积达10万平方千米。

2020年9月美国和欧洲将发射联合研制的“土卫6土星系统任务”探测器，定于2029年10月进入土星轨道，用于探索与地球系统类似的土卫6、土卫2和土星的磁层。该探测器由轨道器、气球和着陆器3部分组成：轨道器载有7台仪器；气球在土卫6大气层距离表面10千米高度飞行，携带8台仪器；着陆器的目标是土卫6北部的海，携带5台仪器，经轨道器的X频段遥测中继。

美国和欧洲联合研制的“土卫6土星系统任务”探测器

欧洲“罗塞塔”彗星探测器

彗星探测器

彗星是太阳系形成时残留下来的初始物质，对研究太阳系形成和演化很有价值。至今，人类已开展过两次大规模发射彗星探测器的活动，第一次是在20世纪80年代，第二次是从1999年到现在。从技术上讲，第二次与第一次相比发生了质的飞跃，对世界范围内的其他空间探测也有巨大的推动作用。

1984～1986年，全世界先后发射了5个“哈雷”彗星探测器，目的是对著名的“哈雷”彗星回归进行探测。包括苏联的维加-1和2、欧洲的“乔托”、日本的“先驱”和“彗星”，其中1985年7月2日发射的“乔托”影响较大，对研究哈雷彗星的彗核起了重要作用。

第一次大规模彗星探测没有直接登陆彗星进行研究，也没有收集彗星物质返回地球。近年发射的3个彗星探测器改变了这种局面

2006年1月15日，美国“星尘”返回舱首次携带怀尔德-2彗星样本返回地球。“星尘”于2004年1月2日与怀尔德-2彗星交会，并伸出“网球拍”状“气凝胶尘埃采集器”捕获了彗星物质粒子。现有100名专业研究人员和上千名业余好者参与彗星尘埃的分析和研究，完整的分析可能耗时10年。

2004年3月2日发射的欧洲“罗塞塔”由轨道器和着陆器组成，它将在2014年11月进入楚留莫夫-格拉西门克彗星轨道，并向该彗星释放小型着陆器。其轨道器用于分析彗星的物理和化学构成及其电磁和引力等特性；着陆器装有用于取样和就地研究分析的探测仪器。

2005年1月12日发射的美国“深度撞击”用于探测彗核内部与其表面之间的不同。它由轨道器和撞击舱组成，其中的撞击舱于2005年7月4日首次撞击了坦佩尔-1彗星，效率最高，这是人类第一个实际接触并探索彗星的空间活动，用于造成彗星内部物质溢出，轨道器收集到了彗星内部物质信息。

2010年11月4日，“深度撞击”轨道器从近距离掠过哈特利-2彗星时拍摄了彗星的罕见特写图像，成为首个近距离造访2颗彗星的探测器。

彗星探测之路也并不平坦。例如，美国2002年7月3日发射的“彗核旅行”上天不久就与地面失去联系。“深度撞击”也没有取得预期的效果。

美国“奥西里斯”风化层探测者探测器

美国“新地平线”在冥王星上空

小行星探测器

小行星也是太阳系形成时残留下来的初始物质，探索小行星可获得太阳系形成的科学信息。在小行星上有可能发现人类可利用的资源。研究近地小行星，可寻找防止小行星撞击地球的技术和方法。

1996年2月17日，美国发射了“尼尔”小行星探测器，它于2000年2月14日进入距爱神小行星35千米高的轨道，这是空间探测器首次成功进入小行星轨道。“尼尔”带有6台仪器，用于确定爱神星的尺寸、质量、密度和磁场及岩石成分，传回了16万张照片。2001年2月12日，“尼尔”在探测任务结束之际首次实现探测器在小行星上降落。

2003年5月9日，日本发射了“隼鸟”小行星探测器，它于2005年9月12日飞抵丝川小行星，它不仅发回丝川的图像，还先后两次短时间着陆于丝川小行星采集其表面的岩石样本。2010年6月13日，隼鸟号携带采自小行星表面的首批样本返回地球。

2007年9月27日，美国发射了首个用离子推进技术完成实用型科学探测任务的黎明号小行星探测器。2011年7月15日，黎明号进入灶神星小行星轨道，成为首个对火星和木星之间小行星带中的小行星进行探测的空间探测器。2012年5月10日美国宣布，通过分析黎明号发回的最新数据，科学家对灶神星的地貌特征以及它与太阳系行星的关系等有了新认识。2012年7月，黎明号将离开灶神星，飞往谷神星，2015年2月抵达，对其进行轨道探测，从而成为首个先后飞往两个天体并绕其做轨道飞行的探测器，也是第一个探测小行星带的探测器。利用黎明号上的同一套科学仪器探测两个不同目标，便于科学家将两套探测数据进行准确的对比分析。

2014年，日本将发射隼鸟-2，它于2020年携带1999JU3小行星表面物质返回地球。

2016年，美国将发射“奥西里斯”风化层探测者探测器，它于2023年携带至少60克1999 RQ36小行星表面物质返回地球。

2017年1月，美国将发射“埃莫”近地小行星探测器，将与一个由3颗小行星组成的2001 SN263小行星系统进行交会、着陆和探测，用于对未来载人小行星探测计划提供至关重要的实际考察数据。该探测器于2021年11月达到2001 SN263，对这个小行星系统进行8个月的详细研究，包括高分辨率制图和至少两次着陆等。

美国“卡西尼”号向土卫6释放欧洲“惠更斯”着陆器

其他探测器

2006年1月19日，美国发射了世界第一个冥王星探测器“新地平线”。它将于2015年7月在靠近冥王星和冥卫1的地方展开为期5个月的探测，2017～2020年进入柯伊伯带探测，时间持续5～10年。它之所以采用飞跃的方式探测冥王星主要有两个原因：一是科学原因，因为假若探测器进入冥王星轨道，就将无法继续前行去探测柯伊伯带了；二是工程因素，它飞行速度非常快，如果要进入冥王星轨道，探测器必须把速度降低90%，这就要求探测器携带1000倍的燃料。

人类至今没有发射过专用探测器去拜访天王星和海王星，只是利用美国旅行者-2探测器在1986年和1989年先后飞越天王星与海王星时顺路探测了它们。