盤點中國航天將要實施的「四次深空探測」的近況與發展!

2019-10-06   o上知天文o

最近十年,中國在航天領域接連取得大捷,探月工程四戰四捷,收穫滿滿, 還創造了諸多第一!

2017年1月,國家航天局副局長吳艷華表示,我國未來深空探測工程將實施四次重大任務,中國的深空探測將由月球探索挺進太陽系深處。

這四次任務分別是:

2020年發射首個火星探測器,一次實現火星環繞和著陸巡視探測;

實施第二次火星探測任務,進行火星表面採樣返回,開展火星構造、物質成分、火星環境等科學分析與研究;

進行一次小行星探測;

規劃一次木星和行星的探測。

根據《2016中國的航天》白皮書,中國將繼續實施好載人航天、月球探測、北斗導航、高解析度對地觀測系統等已有航天重大專項,同時將啟動一批新的航天重大工程,其中包括以火星探測為代表的深空探測工程。按計劃,我國將用15年時間,建成先進開放的航天工業體系和空間基礎設施,到2030年左右躋身航天強國之列。

四次任務,聊聊百十字,既給航天迷以無盡遐想,又令人捉摸不透!

尤其是「木星探測」區區的十二個字,引起諸多猜測…… 「什麼時候發射?」「什麼時候抵達?」「用什麼火箭?」「難道是Flyby?」

2年零8個月過去了,現在筆者來盤點下這「四次深空探測」的近況和發展!

首先,按照四次探測的執行順序,先是2020年火星探測器,然後是2022年小行星探測器,再則是2028年火星採樣,最後是2029年木星探測。這裡工程難度最高的應該是「火星採樣返回」,大機率會拖到「木星探測」之後。

中國火星探測計劃於2016年1月11日正式批准立項!

運載火箭:長征五號

發射質量:4500kg

目前狀態:已立項

按照計劃,2020年7月23日發射,地火轉移7個月,2021年2月11日抵達並環繞火星。2021年4月23日兩器分離,落火。

減速總需求4.8km/秒,氣動+降落傘+動力懸停+支撐腿緩衝。9個火星日後,火星車駛上火星表面。

火星探測器發射質量4500kg,進入質量1285kg,火星車240kg。

軌道器最終工作段,近火點265km,軌道周期8.2h,軌道傾角86.9度。

「火星測控」70米口徑天線是中國科學院國家天文台在建的火星探測數據接收系統中口徑最大的天線!它將同已建成的北京密雲站GRAS-1天線(天線口徑50米)和GRAS-3(天線口徑40米),雲南昆明站GRAS-2天線(天線口徑40米)成為探索宇宙奧秘的順風耳天線四兄弟。

在首次火星探測任務的過程中,將突破火星制動技術,環繞技術,進入、下降與著陸技術(EDL),以及火面巡視技術等關鍵技術。其中,EDL 是最為關鍵的環節。我國首次火星探測任務將採用「彈道-升力式」進入方式,利用新型的盤縫帶傘進行減速,並採用著陸緩衝機構實現著陸緩衝,完成EDL 任務。目前,首次火星探測任務研製工作進展順利。通過首次火星探測任務的研製與實施,有望使我國成為世界上第一個在首次任務中即實現火星「繞、落、巡」的國家。

中國小行星探測計劃於2019年4月20日正式批准立項!擬命名「鄭和號」。

運載火箭:長征三號乙

發射質量:3000kg

目前狀態:已立項

古有鄭和下西洋,今有鄭和再探星辰大海!

即通過一次發射,先後完成對一顆近地小行星的取樣返回以及針對一顆主帶彗星的繞飛探測。一次探測兩個天體,這是出於成本和效率的考慮。

「鄭和號」

2022.05 火箭發射

2022.10 深空機動

2023.05 交會2016HO3

繞飛探測+附著採樣

2024.05 起飛

2024.11 地球再入

2024.11 地球借力

2025.12 火星借力

2031.11 交會133P

2032.05 繞飛探測

2016HO3:第五顆地球特洛伊小行星,十米級小行星的採樣返回。2016年被發現,由於公轉周期與地球相近,也被稱為地球的准衛星。

133P/Elst-Pizarro:第一顆主帶彗星,小行星編號7968。1979年被發現,最開始,133P被當成了小行星,直到後來掠過近日點時露出了彗尾,人們這才反應過來它是一顆周期彗星。沒錯,它是混在小行星帶的彗星,很罕見!

此次探測任務若能順利完成,將會創造數個第一!

「中國木星探測」

運載火箭:長征五號

發射質量:5000kg

目前狀態:尚未立項

此任務預計於2030年左右實施,重點目標是實現木星、木衛四的環繞探測,目的是獲取木星系和行星際的科學探測數據。探測任務由木星系探測器和行星際穿越器組成。

任務實施的具體思路是這樣的:在到達木星前,行星際穿越器與木星系探測器分離,行星際穿越器在木星借力後飛往天王星,開展行星際穿越探測,同時木星系探測器在實施軌道機動後開展木星及木衛四探測。之所以探測木衛四,原因就是木衛四上面極有可能存在生命,這也是目前行星際探測的熱點之一。

根據最新資料,探測器由木星系環繞器和行星際飛越器組成,總質量 5000kg,其中木星系環繞器質量 4000 kg,行星際飛越器 1000kg。

地木轉移階段,考慮地球(E)、地球-金星(EV)、金 星-地 球-地 球(VEE)和 金 星-金 星-地 球(VVE)四種借力序列,擇優選擇;發射日期選擇在 2030 年前後,木星借力之後的行星飛越目標選擇天王星,且約束探測器在 2049 年之前飛越目標;

  • 「中國木星探測」

2029-09-25發射

第 1 次借力

2030-04-04金星借力

第 2 次借力

2031-02-18地球借力

第 3 次借力

2033-05-26地球借力

2035-12-23到達木星

2046-02-17到達天王星

  • 【木星捕獲】

2035-12-23

第 1 次深空機動(DSM1)

2036-10-23二十五次飛越木衛四

第 2 次深空機動(DSM2)

2038-02-16三次飛越木衛三

第 3 次深空機動(DSM3)

2038-04-26三次飛越木衛二

第 4 次深空機動(DSM4)

2038-07-13三次飛越木衛一

「火星採樣返回」

運載火箭:長征九號

發射質量:>25000kg

目前狀態:尚未立項

四項深空探測,工程難度最高的應該就是「火星採樣返回」,大機率會拖到「木星探測」之後。暫時也沒有相關論文。

火星採樣分為兩種,一種是火星大氣的採樣,繞一圈就跑!第二種就是火星土壤的採樣!

之前,有人計算若要完成火星採樣,需要具有往火星地表投送15-20噸物體的能力,換算成近地軌道運力約130噸-140噸左右,相當於載人登月的規模了。

【頂層大氣採樣】

【NASA的火星上升器】比姚明高一點。

結尾:

今年9月,探月之父葉培建院士給自己定了一個目標:「今年和同事們把嫦娥五號做好,明年把火星做好,同時把小行星的工程立項做好。這是我75歲以前的任務,至於75歲以後呢,看發展再定指標吧。」

葉老今年已經74歲了。為表彰他在空間科學技術領域的卓越貢獻,國際天文學聯合會國際小行星中心將編號「456677」的小行星命名為「葉培建星」。