2019年国外空间探测发展综述

张扬眉

（北京空间科技信息研究所）

2019年，全球共发射3次深空探测任务，即以色列的“创世纪”（Beresheet）、印度的月船-2（Chandrayaan-2）、俄德联合的“光谱-伦琴-伽马”（Spektr-RG）任务。其中以色列和印度的两次月球着陆任务均失败，再次印证了月球软着陆的高技术难度和低成功率。

截至2019年12月31日，国外共发射247次深空探测任务，其中月球任务112次，火星任务44次，金星任务41次，小行星任务6次，土星木星任务7次，水星任务3次，彗星任务7次，太阳任务16次，其他任务11次。

截至2019年12月31日，国外共有31个深空探测器在轨，按探测器类型分：月球探测器4个、火星探测器8个、金星探测器1个、太阳探测器6个、木星探测器1个、小行星探测器2个、水星探测器1个、其他探测器8个；按所属国家/地区分：美国20个，欧洲3个，日本3个，印度2个，欧日合作1个，欧俄合作1个，俄德合作1个。

1 以色列发射月球着陆器，全球商业月球探测萌芽

2月22日，太空以色列公司（SpaceIL）研制的“创世纪”月球着陆器搭乘美国太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰-9（Falcon-9）运载火箭成功发射。同年4月12日，“创世纪”在着陆月球的过程中主发动机发生故障，最终坠毁在月球表面。

“创世纪”是非传统航天大国开展的首次月球探测任务，也是全球首次由私人资助的月球探测任务，推动了商业月球探测的萌芽。尽管探测器未能成功着陆月球表面，但其成功进入了环月轨道，使以色列成为了世界上第7个成功实施月球环绕的国家。

“创世纪”任务只是一次探索和试验性任务，没有实质上的商业行为，但其开辟了月球探索公私合作的道路。2018年10月，美国国家航空航天局（NASA）在“月球发现和探索计划”的支持下，开始参与“创世纪”任务。NASA向任务提供了激光后向反射器阵列、任务期间的通信支持等。此次任务在一定程度上践行了NASA商业月球探测的模式，探测器搭载了NASA的载荷，由NASA提供深空通信支持，同时双方共享探测数据。

“创世纪”月球着陆器在月球表面示意图

印度月船-2携带的“维克拉姆”着陆器着陆月球示意图

2 印度月船-2软着陆失败，轨道器继续绕月探测

9月7日，印度月船-2携带的“维克拉姆”（Vikram）着陆器在尝试进行月球表面软着陆过程中，在距离月面约2.1km处失去联系，软着陆任务失败。印度空间研究组织（ISRO）在月船-2着陆失败后发布消息，称“月船-2是一项高度复杂的任务，目前轨道器正在既定轨道上运行并将开展长达7年的探测活动，其携带的相机是目前探月任务中分辨率最高的（0.3m）；‘维克拉姆’着陆器顺利完成从35km到2km的下降，失联前系统工作正常，证明了包括变推力发动机技术在内的大量新技术。成功标准是针对任务的每个阶段确定的，直到目前月船-2任务已经完成了90%～95%的目标，并将继续为月球科学作贡献。”11月，印度首次承认其月船-2着陆器已于9月坠毁月球表面。

10月17日，印度ISRO公布了由月船-2轨道器携带的红外成像光谱仪拍摄的首幅月球背面北半球表面的照明条件下的图像，此外还公布了其携带的高分辨率相机拍摄的月球表面图像。

3 俄德联合开展“光谱—伦琴—伽马”X射线天文观测任务

7月13日，俄罗斯和德国联合开展的X射线天文观测任务Spektr-RG搭乘质子-M（Proton-M）运载火箭发射升空，开始飞向位于日地拉格朗日L2点的目标轨道。Spektr-RG在3个月时间内完成了轨道转移，并将开展为期6.5年的X射线天文观测。该任务由俄罗斯航天国家集团（ROSCOSMOS）和德国航空航天中心（DLR）联合开展，俄方提供航天器平台和运载火箭，以及“天文伦琴望远镜-X射线聚光器”（ART-XC）；德方则提供“携带成像望远镜阵列的扩展伦琴调查仪”（eROSITA）。Spektr-RG任务的主要目标为研究星系团、黑洞和暗物质，相比于当前最为先进的X射线天文观测任务—“钱德拉”（Chandra）和“X射线多镜面-牛顿”（XMM-Newton）望远镜，Spektr-RG任务能够实现全天巡视观测，并且在L2点运行将具备低1个数量级的粒子背景，从而允许对于低表面亮度的漫射物体进行详细研究。

Spektr-RG飞行示意图

4 在轨深空探测任务实现多项里程碑，并继续取得大量科学成果

2019年，国外1个深空探测器失效，即美国机遇号（Opportunity）火星车结束了长达近16年的探测任务；其他在轨的30个深空探测器实现多项里程碑目标，并继续取得大量科学成果。

美国机遇号火星车

在月球探测方面，3月，NASA发布消息称，“月球勘察轨道器”（LRO）的观测数据显示，月球表面的水随地形、时间和温度的变化而变化，该项发现有助于了解月球水循环的规律，从而在未来的月球探索任务中有效地利用水资源。

在火星探测方面，2月13日，NASA宣布停止尝试与机遇号火星车的联络，机遇号任务正式结束。此前，机遇号可能出现了低功率故障、任务时钟故障和其他故障，项目团队一直在尝试恢复同机遇号的联系，但最终并未成功。设计寿命仅为90个火星日、计划行驶1km的机遇号火星车大大超出设计寿命，实际行驶距离超过45km，探测时间长达15年。

4月6日，美国洞察号（Insight）火星着陆器携带的内部结构地震实验仪（SEIS）首次测量并记录了可能的“火星地震”。该仪器检测到微弱地震信号，这是首次记录来自火星内部的震动。洞察号的此次发现或将开启一个新的领域—“火星地震学”。此外，洞察号自2018年利用“鼹鼠”（Mole）热探测仪开始火星土壤挖掘工作以来，由于遇到超出预期的硬质土壤，挖掘深度一直无法超过35cm，项目团队一直尝试找出解决方法，希望利用机械臂将“鼹鼠”探测仪“钉”在火星土壤的洞壁上，从而增加足够的摩擦力，使探测仪能够继续深入火星土壤内部。最终，项目团队于10月17日获得成功，重新恢复了“鼹鼠”的向下挖掘工作。

在火星表面运行的洞察号火星着陆器

美国好奇号（Curiosity）火星车继续在火星表面进行探测活动，目前正前往位于盖尔（Gale）陨石坑的夏普山脉一侧的“黏土区域”。数十亿年前，火星陨石坑内曾经有过溪流和湖泊，水流改变了湖泊中的沉积物，在该地区留下了许多黏土物质。美国的“火星勘察轨道器”（MRO）数年前首次观测到了该情况，因此好奇号将对该区域进行详细探测。2019年6月，好奇号探测到任务期间测量到的最高浓度甲烷，体积浓度比达到约21ppbv（1ppbv指如果在火星上吸入1体积的空气，那么其中十亿分之一体积是甲烷），目前仍不清楚这些甲烷源自何处，但它可能是火星生命的潜在指标；同年10月7日，NASA在其网站上宣布好奇号发现了火星上的远古绿洲，火星表面存在从潮湿到干燥的整体趋势，好奇号发现了富含矿物盐质的岩石，证明了这些含盐的低浅池塘曾经经历了从满溢到干涸的过程，相关文章发表在《自然地球科学》杂志上。截至2019年10月30日，好奇号火星车已经在火星表面行驶了约22km，拍摄了61万余张火星表面的照片，采集到22份火星样品。

在小行星探测方面，1月1日，美国“欧西里斯”（OSIRIS-Rex）小行星探测器成功进入贝努（Bennu）小行星轨道，使得贝努成为有史以来被航天器环绕飞行的最小天体，创造了深空探测纪录。在此之前，从来没有一个航天器能够环绕如此小的天体运行。而在此前的2018年12月11日，NASA还宣布了“欧西里斯”的重大科学发现，即在贝努小行星表面探测到水的痕迹。2019年8月13日，NASA为“欧西里斯”任务选择了4个采样返回的候选着陆地点—“夜莺”（Nightingale）、“翠鸟”（Kingfisher）、“鱼鹰”（Osprey）和“鹬”（Sandpiper），这4个地点具有不同的地质特点。2019年12月，NASA选定“夜莺”为主要着陆点，“鱼鹰”为备用着陆点，并开始为计划于2020年下半年实施的样品采集工作做准备。

2月22日，日本隼鸟-2（Hayabusa-2）小行星探测器在距离地球约3.0×108km的龙宫（Ryugu）小行星表面成功着陆并完成采样，这是继2005年日本“隼鸟”探测器成功从糸川（Itokawa）小行星表面采集到样品以来，人类探测器第二次采集到小行星样品，成为全球小行星采样返回探测的又一里程碑。4月5日，隼鸟-2搭载的“小型搭载撞击器”（SCI）成功撞击龙宫小行星，在小行星表面产生人工陨石坑；7月11日，隼鸟-2完成第二次采样任务；10月3日，隼鸟-2向龙宫小行星释放其第三个也是最后一个机器人—密涅瓦-II2（Minerva-II2）；11月，隼鸟-2携带样品开始返回地球旅程，计划于2020年底返回地球。

好奇号火星车降落火星示意图

日本隼鸟-2小行星探测器成功着陆龙宫小行星并完成采样

“欧西里斯”小行星探测器飞行示意图

ESA“贝皮-科伦坡”水星探测器计划于2021年抵达水星

在水星探测方面，4月5日，欧洲航天局（ESA）宣布其与日本合作研制的“贝皮-科伦坡”（Bepi Colombo）水星探测器结束了近地轨道在轨试运行阶段，完成了所有的仪器检测工作，正式进入深空巡航阶段，计划于2021年抵达水星，2025年进入水星轨道。“贝皮-科伦坡”是ESA“地平线2000+”（Horizon 2000+）计划的最后一项任务，该计划的前两项任务为“盖亚”（Gaia）和“LISA探路者”（LISA Pathfinder）。

在其他探测方面，1月1日，美国“新视野”（New Horizons）探测器完成对太阳系柯伊伯带(Kuiper belt)的探索，采集的数据可能对认知太阳系的形成有重要帮助。“新视野”飞越了一颗名为终极北地（Ultimate Thule）的小行星，当时距离该小行星距离不到3500km。根据“新视野”远距离拍摄的照片，该小行星的形状与一颗花生或一个保龄球类似，长约35km、宽约15km。同时，科学家们也不排除这颗小行星是一对双星。

“新视野”探测器飞越终极北地小行星

1月，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）通过分析日本“拂晓”（Akatsuki）金星探测器携带的红外相机获取的数据和图像，发现金星云层存在巨型的条纹结构。2019年2月，《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）发表了第一批关于金星形态、温度变化和金星中层大气风的首批研究成果。此外，对金星黑暗一侧的雷电现象进行了观测，每10天观测一次，每次30min。截至2019年7月，“拂晓”累计观测了16.8h，并未探测到金星雷电现象。

12月，《自然》杂志上的4篇论文公布了“帕克太阳探测器”（Parker Solar Probe）获得的诸多科学探测成果，包括发现太阳风比在地球附近看到的更加动态和不稳定；发现太阳风从太阳向外流出的过程是从旋转过渡到放射性流动；首次观测到宇宙尘埃在距太阳约700万英里（1.127×107km）处开始变得稀薄；更加详尽地观测高能粒子风暴和日冕物质抛射等等。“帕克太阳探测器”是史上距离太阳最近的探测器，该探测器于2019年12月进行了第二次金星借力飞行，进一步缩小了近日点距离。

飞行中的“帕克太阳探测器”

5 小结

目前，世界正处于和平发展时期，各国都将经济发展放在了首要位置，并愈发重视科技创新对于经济发展的带动作用。作为世界航天领域最具挑战和最前沿的科技创新活动之一，深空探测受到世界各国越来越多的重视。国外主要航天国家和地区都将深空探测作为最重要的航天活动之一，围绕国家航天战略和政策制定了各具特色的深空探测计划。近年来，阿联酋、韩国等一些新兴航天国家也计划加入深空探测的行列，纷纷制定了相关的深空探测计划。未来，全球深空探测将继续保持热度，探测目标重点集中在月球和火星，兼顾太阳系其他天体，任务类型更加复杂，并向载人探测方向发展，国际合作和商业化成为发展深空探测的两大重要途径。