深空探測
新中國70年的航天發展
中國的深空探測起步於月球探測，按照探月工程「繞、落、回」三步走的任務規劃，已成功實施了5次探測任務，順利完成了三步走的前兩步，並正在按計劃進行火星探測任務的研製工作。同時，正在論證後續月球、小天體、火星、木星甚至更遠的深空探測任務。月球探測和火星探測是中國由航天大國向航天強國邁進的標誌性和帶動性工程。
探月工程
按照探月工程「繞、落、回」三步走任務規劃：一期工程為「繞」，包括了嫦娥一號和嫦娥二號；二期工程為「落」，目標是以軟著陸的方式降落在月球上進行探測，包括了嫦娥三號和嫦娥四號，實現了月面和月球背面軟著陸；三期工程為「回」，目標是月面巡視勘察與採樣返回，已經完成再入返回飛行試驗。
嫦娥一號任務
嫦娥一號任務是我國首次深空探測任務，其任務目標是通過研製和發射我國第一顆月球探測衛星，掌握繞月探測的基本技術。嫦娥一號探測器發射質量2350kg，攜帶了7種科學載荷，於2007年10月24日發射，並於同年11月7日進入環月軌道並傳回月球圖像，標誌著我國月球探測衛星研製技術實現了歷史性跨越，樹立了中國航天的第三個里程碑。嫦娥一號完成了在軌1年設計壽命期內的既定任務，其後又開展了多項拓展任務，於2009年3月1日受控撞月。
嫦娥一號衛星傳回的第一幅月面圖像
嫦娥一號首次利用CCD立體相機獲得了120m解析度全月球影像圖、三維月球地形圖等成果，而且包含了月球的南北極。在此之前，全世界沒有一個國家獲得過月球的三維立體全月圖。雖然月球的地圖國外已繪製很多，但多為平面圖，三維立體圖很少，而且還有很多空白，因為月球上高緯度的地方太陽是斜照的，光線不足，拍照效果就差一些。一般來說，在70°（S）～70°（N）就很難拍攝了，南北極地區有些深坑，太陽永遠照射不到，也沒有繪製成地圖。嫦娥一號採取與其他國家不同的思路，搭載1台CCD立體相機和1台雷射高度計，兩者結合起來就能繪製成一張比較精細、全面的月球立體地圖。
嫦娥二號任務
嫦娥二號任務是探月二期工程的先導星，主要目標是獲取高精度月球表面三維影像。2010年10月1日，嫦娥二號發射成功。嫦娥二號探測器發射質量2480kg，攜帶了8種科學載荷。2011年5月底，獲取了包括嫦娥三號預選著陸區高清晰圖像在內的月球表面三維影像；2011年8月25日到達了日地拉格朗日L2點（簡稱日地L2點），進行了為期10個月的科學探測；2012年12月13日國際上首次近距離飛越探測國際編號4179的「圖塔蒂斯」（Toutatis）小行星；此後嫦娥二號一直朝向更遠的深空飛行。
嫦娥二號在任務執行期間，成功拍攝著陸區虹灣的高清地形地貌圖像，完成了全月球7m解析度影像圖的繪製，獲得了備選著陸區解析度優於1.5m的局部影像圖，並在拓展任務中實現了日地拉格朗日L2點飛行和圖塔蒂斯小行星飛越探測，獲取了大量的科學探測數據。
嫦娥二號拍攝的月面虹灣影像圖
嫦娥三號任務
2008年，探月二期工程通過國家立項批覆，工程目標是實現月球表面軟著陸和月球巡視探測。探月二期工程包括探測器、運載火箭、發射場、測控和地面應用五大系統。嫦娥三號是工程任務的核心和關鍵，包括月球軟著陸探測器（簡稱「著陸器」）和月球巡視探測器（簡稱「巡視器」，又被稱為「玉兔號月球車」）兩個部分。嫦娥三號探測器發射質量3780kg，其中巡視器140kg。著陸器與巡視器分別攜帶了4種科學載荷。
嫦娥三號著陸器（左）和巡視器（右）
嫦娥三號探測器於2013年12月2日發射，於當月14日安全著陸在月球虹灣著陸區。著陸器隨即開展就位探測，直至目前仍在工作；巡視器於當月15日與著陸器分離，駛抵月面，開展巡視探測，並實現了兩器互拍。
嫦娥三號突破了月球軟著陸和月面巡視核心關鍵技術，在太空飛行器總體設計、制導導航和控制系統設計、推進系統設計和熱控系統設計等方面取得了一系列的科研成果，實現了中國首次在地外天體上進行原位和巡視探測。
再入返回飛行試驗任務
2011年，探月三期工程正式立項，目標是實現月面無人採樣返回。再入返回飛行試驗是我國探月工程三期一次重要的驗證飛行試驗，主要目的是突破和掌握探月太空飛行器再入返回的關鍵技術，為嫦娥五號任務提供技術支持。試驗任務由飛行試驗器、運載火箭、發射場、測控與回收四大系統組成。飛行試驗器由中國航天科技集團有限公司中國空間技術研究院研製，由服務艙和返回器兩部分組成。服務艙以嫦娥二號衛星平台為基礎研製，具備留軌開展科研試驗功能；返回器為新研產品，具備返回著陸功能。
再入返回飛行試驗路線圖
再入返回飛行試驗器於2014年10月24日發射，於11月1日成功返回地球，實現了第二宇宙速度高速跳躍式再入返回。再入返回飛行試驗任務的圓滿成功，突破了一系列關鍵技術，為實現探月三期工程最終目標奠定了堅實基礎。
嫦娥四號任務
嫦娥四號任務的主要目標是實現國際上首次月球背面軟著陸和巡視探測。
嫦娥四號任務主要由中繼星、著陸器和巡視器組成。「鵲橋」中繼星於2018年5月21日發射，於6月14日成功實施軌道捕獲控制，進入環繞地月L2點的Halo使命軌道，成為世界首顆運行在地月L2點Halo軌道的衛星。2018年12月8日，嫦娥四號落月探測器成功發射，在飛行了26天後，於2019年1月3日成功著陸於月球背面的預選著陸區——馮·卡門撞擊坑（Von Karman Crater），並通過「鵲橋」中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，成為世界第一個在月球背面軟著陸和巡視探測的太空飛行器，並實現世界首次月背與地球的中繼通信。
2019年1月11日，嫦娥四號著陸器上的地形地貌相機完成了環拍。嫦娥四號著陸器與玉兔二號巡視器工作正常，在「鵲橋」中繼星支持下順利完成互拍，嫦娥四號任務圓滿成功，進入科學探測階段。至此，我國探月工程取得「五戰五捷，連戰連捷」。
嫦娥四號著陸器拍攝的月球背面圖像
火星探測
火星是太陽系八大行星之一，也是除了金星以外距離地球最近的行星。火星是除了地球以外人類了解最多的行星，也是太陽系中最近似地球的天體之一，已經有超過30枚探測器到達過火星。同時火星探測也充滿了坎坷，大約三分之二的探測器，特別是早期發射的探測器，都沒有能夠成功完成它們的使命。火星將成為中國深空探測的第二顆星球。
中國首顆火星探測器螢火一號搭載在俄羅斯「福布斯－土壤」探測器內部，於2011年11月9日發射升空。螢火一號探測器由上海航天技術研究院抓總研製，長、寬各約75cm，高60cm。兩側太陽帆板展開近8m，質量約115kg，設計壽命2年。探測器上攜帶等離子體探測包、光學成像儀、磁通門磁強儀、掩星探測接收機等4類有效載荷。發射升空後不久，俄方宣布「福布斯－土壤」火星探測器變軌失敗，這使螢火一號永遠地留在浩瀚的太空。
2016年1月，我國首次火星探測任務正式批覆立項，任務目標是研製火星環繞器和著陸巡視器，其中，環繞器主要開展火星環繞探測，並為著陸巡視器提供中繼通信服務，著陸巡視器主要開展就位和巡視探測。首次火星探測任務發射質量4920kg，預計於2020年左右發射，2021年到達並在火星表面著陸。
目前，首次火星探測任務研製工作進展順利。在2019年7月的軟體定義衛星高峰論壇上，中國科學院院士、中國月球探測工程首席科學家歐陽自遠在報告中透露，中國將通過火星衛星、火星著陸器和火星車聯合探測火星，目前火星車已經準備好。他同時透露，目前我國已完成火星探測軌道設計、測控通信、自主導航、表面軟著陸等關鍵技術的科研攻關，為自主火星探測奠定了技術基礎。在首次火星探測任務的研製過程中，將突破火星制動技術，環繞技術，進入、下降與著陸技術（EDL），以及火星表面巡視技術等關鍵技術。
未來展望
目前，我國探月工程正處於探月三期工程的初期，將突破與掌握月面表取採樣、鑽取採樣、月球樣品封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、樣品轉移等多項關鍵技術，實現「繞、落、回」三步走的最後一步。
預計2020年左右發射的火星探測器，將實現環繞、著陸和巡視探測任務。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。
除月球探測和火星探測之外，我國小行星探測任務正在進行論證工作，擬採用一次發射實現一顆近地小行星取樣返回和一顆主帶彗星繞飛探測。對近地小行星開展繞飛探測，擇機附著小行星表面、採集小行星樣品，返回地球附近釋放返回艙，將樣品送回地球；探測器再經地球、火星借力飛行到達小行星帶，對彗星開展繞飛探測。
來源：《國際太空》2019年第9期
作者：張曼倩
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