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深空探測:空間拓展的戰(zhàn)略制高點(4)

俄羅斯除了參與歐空局的ExoMars項目之外,還計劃于2025年再次實施“火衛(wèi)一—土壤”(Phobos—Grunt)火衛(wèi)一采樣返回任務。日本在2015年6月宣布將于2021年向火星衛(wèi)星發(fā)射采樣探測器,實現(xiàn)火星衛(wèi)星的首次采樣返回。印度則計劃于2018年實施第二次火星探測任務。另外,新興航天國家也將目光鎖定在了火星探測,阿聯(lián)酋計劃于2020年實施火星探測任務——“希望號”(Hope),韓國則提出2026年和2030年發(fā)射火星軌道器和著陸器。

中國擬于2020年前后實施火星“繞—落—巡”一體化探測任務,該任務由環(huán)繞器和著陸巡視器組成,其中環(huán)繞器將環(huán)火星飛行1個火星年,火星車將在火星表面運行90個火星日。在此期間,將重點探測火星形貌與地質構造特征、土壤特征與水冰分布、表面物質組成、大氣電離層及氣候特征以及物理場與內部結構。

小天體探測——深空探測的特殊目標

小天體探測是研究太陽系形成與演化、生命起源與進化,以及抵御外來天體撞擊地球的重要技術途徑。同時,也可為試驗新型空間技術,尤其是深空探測技術提供驗證平臺。隨著航天技術的發(fā)展和空間科學研究目標的提高,小天體探測由早期的“飛越、環(huán)繞”探測,逐漸發(fā)展到目前的“撞擊、附著與采樣返回”。

美國“近地小行星交會”(Near Earth Asteroid Rendezvous, NEAR)任務、日本“隼鳥”(Hayabusa)任務和歐空局“羅塞塔”(Rosetta)任務是小天體探測成功的典范。2001年2月,美國NEAR Shoemaker(簡稱NEAR)探測器成功附著于433 Eros小行星表面,成為首個在小天體表面附著的探測器。NEAR首先對Eros小行星進行了為期一年的環(huán)繞探測,后成功完成了附著拓展任務。⑦2005年11月,日本Hayabusa探測器自主附著于25143 Itokawa小行星表面,并于2010年6月攜帶收集到的小行星樣本成功返回了地球。Hayabusa任務對弱引力環(huán)境下的自主光學導航與控制技術進行了試驗驗證,首次利用自主導航與控制技術實現(xiàn)了小天體表面附著。⑧該任務采用了基于光學導航相機和激光雷達的自主導航方案,并在下降過程中投放人工信標,利用導航相機對人工信標進行跟蹤以消除水平方向速度。任務采用了“接觸—分離”(Touch And Go,TAG)附著方式,在小行星表面短暫附著并采集樣品,然后上升離開。Hayabusa還攜帶了一個小型跳躍式表面巡視器MINERVA,但釋放時因速度略超過了逃逸速度而投放失敗。與NEAR不同,Hayabusa采用了懸停方式對小行星進行觀測,然后從懸停位置下降附著在小行星表面。2014年11月,歐空局發(fā)射的Rosetta探測器成功釋放著陸器“菲萊”(Philae),Philae隨后緩慢附著于67P/Churyumov—Gerasimenko彗星表面,首次實現(xiàn)了彗星表面附著。⑨Philae采用了無控的彈道式下降,以及冷氣推進與錨定結合的固定方式,但由于冷氣推進與錨定裝置均發(fā)生故障,著陸器在彗星表面發(fā)生了兩次反彈,最終落入陰影區(qū)域,在電池電量耗盡后無法充電而進入休眠狀態(tài)。隨著彗星接近太陽而使光照條件改善,地面站曾于2015年6至7月間斷性地接收到著陸器信號,但此后再次失去聯(lián)系。

目前,日本和美國正在實施新的小行星采樣返回任務。日本“隼鳥2號”(Hayabusa 2)任務于2014年12月發(fā)射,對C類小行星1999 JU3進行采樣返回。探測器預計2018年6月到達1999 JU3小行星,進行為期一年半的探測活動,然后于2019年12月返回,2020年12月到達地球。美國OSIRIS—REx任務于2016年9月發(fā)射,將對Bennu小行星進行采樣返回探測,計劃采集不少于60g樣品。OSIRIS—REx探測器計劃于2018年到達Bennu小行星,采集樣品后于2023年返回地球。

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[責任編輯:樊保玲]
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