深空探測概況

第一章深空探測概況1.1深空探測成為熱點(diǎn)美國將重新登月，并計(jì)劃前往火星中國“嫦娥”一號俄羅斯、歐洲、日本、印度等也有各自的計(jì)劃1.2深空探測的含義對太陽系內(nèi)除地球以外的行星及其衛(wèi)星、小行星、彗星等的探測，以及太陽系以外的銀河系乃至整個宇宙的探測1.3深空探測的目標(biāo)利用空間資源擴(kuò)展生存空間探索太陽系和宇宙的起源和演化為人類的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)1.4深空探測的意義地球如何起源與演變行星和太陽系究竟是如何形成和演化人類是不是宇宙中唯一的生命地球的未來將如何從現(xiàn)實(shí)和長遠(yuǎn)來看，對深空的探測和開發(fā)具有十分重要的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)意義。深空探測將是21世紀(jì)人類進(jìn)行空間資源開發(fā)與利用、空間科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新的重要途徑。1.5深空探測的主要方式飛越探測環(huán)繞探測硬著陸探測軟著陸探測載人探測1.6深空探測活動的構(gòu)成深空探測器系統(tǒng)：有效載荷、結(jié)構(gòu)、電源、熱控、測控、數(shù)管、推進(jìn)、GNC運(yùn)載火箭系統(tǒng)發(fā)射場系統(tǒng)：測試、發(fā)射測控通信系統(tǒng)：跟蹤、測量、控制地面應(yīng)用系統(tǒng)1.7深空探測器與人造衛(wèi)星技術(shù)區(qū)別能源、通信、導(dǎo)航與控制1.8深空探測的歷程共發(fā)射月球及月球以外的探測器二百多個內(nèi)行星探測外行星探測小天體探測太陽探測NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)美國宇航局，美國負(fù)責(zé)太空計(jì)劃的政府機(jī)構(gòu)，擁有最先進(jìn)的航空航天技術(shù)，它在載人空間飛行、航空學(xué)、空間科學(xué)等方面有很大的成就。它參與了包括美國阿波羅計(jì)劃、航天飛機(jī)發(fā)射、太陽系探測等在內(nèi)的航天工程。為人類探索太空做出了巨大的貢獻(xiàn)。NASA職責(zé)美國宇航局執(zhí)著于探索，美國宇航局執(zhí)著于發(fā)現(xiàn)，美國宇航局努力尋找問題的答案為了這個目標(biāo)，遍布世界數(shù)以萬計(jì)的人，用50年的時間，試圖給出一些基本問題的答案： 宇宙深處有甚？ 我們怎么才能到那兒？ 在這探索中怎樣才能使我們的生活更美好？1.8深空探測的歷程JPL，美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL從稱呼上看只是一家實(shí)驗(yàn)室，但其員工總數(shù)卻超過5000人，僅華裔科學(xué)家就有300多人，美國所有的太空無人探測研究都在這里完成。曾經(jīng)或至今仍在管理的太空計(jì)劃探索者計(jì)劃水手計(jì)劃先鋒計(jì)劃3和4旅行者計(jì)劃麥哲倫計(jì)劃伽利略計(jì)劃深空1和2火星全球探測者火星氣象衛(wèi)星“卡西尼惠更斯”星塵計(jì)劃火星奧德賽計(jì)劃火星探路者計(jì)劃火星漫步者計(jì)劃火星探測軌道衛(wèi)星“深度撞擊”趣聞：噴氣與推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室主要坐落在拉肯納達(dá)市，總占地面積約為72公頃。但是實(shí)驗(yàn)室的大門及一些辦公樓卻坐落在帕薩迪納，所以它也就保留了帕薩迪納的地址。1.8深空探測的歷程1.8深空探測的歷程月球探測1959年1月2日，前蘇聯(lián)發(fā)射了月球1號探測器。月球1號從距離月球表面5000多千米處飛過，并在飛行過程中測量了月球磁場、宇宙射線等數(shù)據(jù)，這是人類首顆抵達(dá)月球附近的探測器。1969年7月16日至24日，人類完成了首次登月任務(wù)。3名美國航天員乘坐的阿波羅11號飛船于7月20日在月面靜海區(qū)著陸，人類的足跡第一次印在了月球上。1.8深空探測的歷程月球探測1990年1月24日，日本發(fā)射了飛天號探測器，該探測器的主要任務(wù)是驗(yàn)證借助月球引力的飛行技術(shù)和進(jìn)入繞月軌道的精確控制技術(shù)，飛行中飛天號還釋放了繞月飛行的微型羽衣號探測器。1994年1月21日，美國發(fā)射了克萊門汀號探測器。該探測器在對月球南極進(jìn)行探測時，首次發(fā)現(xiàn)月球南極可能存在水的直接證據(jù)。1998年1月7日，美國發(fā)射了月球勘探者環(huán)月探測器，它的主要任務(wù)是尋找月球上的水。月球勘探者號完成繞月探測使命后，高速撞向月球上可能存在水冰的區(qū)域，以便通過巨大撞擊能量產(chǎn)生水汽云，以進(jìn)一步證明水的存在，但最終地面和太空中的望遠(yuǎn)鏡都沒有觀測到期待的水汽云。2003年9月，歐洲成功發(fā)射了它的第一顆月球探測器--智慧1號，標(biāo)志著歐洲探月活動正式開始。智慧1號2005年3月進(jìn)入預(yù)定的環(huán)月軌道，2006年9月3日撞擊月球優(yōu)湖地區(qū)，在此期間取得了豐富的科學(xué)成果。該探測器采用了太陽能電火箭等多項(xiàng)新技術(shù)2007年9月日本發(fā)射“月亮女神”(SELENE)。“月亮女神”共攜帶熒光X射線分光計(jì)、月球雷達(dá)測深器等14臺觀測儀器，這些儀器可探測月球表面元素和巖石的分布、月球重力場分布以及到達(dá)月球表面的宇宙射線等，幫助專家揭示月球的誕生和演化之謎。2007年10月，中國發(fā)射“嫦娥一號”。2008年4月，印度發(fā)射“月球初航1號”(Chandrayaan-1)?！霸虑虺鹾?號”重590公斤，并攜帶“沖擊者”登月艙。除此之外，“月球初航1號”將攜帶NASA的兩個科學(xué)裝置：一個是微型合成孔徑雷達(dá)，負(fù)責(zé)探測月球極地的冰質(zhì)沉積；另一個是月球礦物測繪儀，負(fù)責(zé)評估月球上的礦物資源。2009年，美國LRO和LCROSS探測器。在月球表面發(fā)現(xiàn)了“大量水冰”，從而為人類重返月球甚至是在月球建立太空遠(yuǎn)航基地帶來希望。據(jù)悉，這些冰塊存在于月球表面“永遠(yuǎn)見不到陽光的隕石坑內(nèi)”。1.8深空探測的歷程月球探測全世界進(jìn)行過月球探測的國家和地區(qū)有美國、前蘇聯(lián)/俄羅斯、歐洲和日本。已經(jīng)開展月球探測活動123次，其中美國56次、包括10次載人月球探測，成功37次，失敗19次，成功率66%。俄羅斯64次，成功21次，失敗43次。歐洲1次，日本2次，中國和印度各一次。重返月球的動力：重返月球是社會發(fā)展的需求重返月球是科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的需求重返月球是空間科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求重返月球是空間軍事活動發(fā)展的需求月球蘊(yùn)藏有豐富的礦產(chǎn)資源和能源月球探測的趨勢與前景：未來的月球探測將主要側(cè)重于：①月球能源資源的全球分布與利用；②月球礦產(chǎn)資源的全球分布和利用；③月球特殊空間環(huán)境資源（超高真空、無大氣活動、無磁場、地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定、弱重力、超潔凈）的開發(fā)利用，建立月基天文臺，建立特殊生物制品和特種新型材料生產(chǎn)基地，建立基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等；④建立月球長期居留基地并利用月球進(jìn)行深空探測的方案與逐步實(shí)施。月球?qū)槿祟惿鐣峁╅L期、穩(wěn)定、廉價(jià)和潔凈的核聚變?nèi)剂显虑虻慕饘俚V產(chǎn)資源將是地球資源的重要儲備和支撐月球表面特殊空間環(huán)境的利用1.8深空探測的歷程中國的探月工程“嫦娥工程”分為“繞、落、回”三個階段。第一階段繞月探測（2004年—2007年），研制發(fā)射一枚月球探測衛(wèi)星—“嫦娥一號”，實(shí)現(xiàn)環(huán)繞月球飛行探測。第二階段，月面軟著落探察和月面巡視勘察（2007～2010年）。研制發(fā)射月球探測器，它包括月球軟著陸器、月面巡視車和自動機(jī)器人。第三階段，月面自動取樣返回（2010～2020年或稍后）。研制發(fā)射月球車，到月面巡視勘察和取樣返回。嫦娥探月工程概述嫦娥探月工程整個探月工程分為“繞”、“落”、“回”3個階段第一步：2007年10月24日發(fā)射探月衛(wèi)星“嫦娥一號”，對月球表面環(huán)境、地貌、地形、地質(zhì)構(gòu)造與物理場進(jìn)行探測。

CE-1概述嫦娥探月工程整個探月工程分為“繞”、“落”、“回”3個階段

[第二步]目標(biāo)是研制和發(fā)射航天器，以軟著陸的方式降落在月球上進(jìn)行探測。使用降落在月面上的巡視車、自動機(jī)器人探測著陸區(qū)巖石與礦物成分，測定著陸點(diǎn)的熱流和周圍環(huán)境。

CE-1概述嫦娥探月工程整個探月工程分為“繞”、“落”、“回”3個階段

[第三步]

2011至2020年，目標(biāo)是月面巡視勘察與采樣返回，為下一步載人登月探測、建立月球前哨站的選址提供數(shù)據(jù)資料。1.8深空探測的歷程中國的探月工程“嫦娥工程”是我國深空探測計(jì)劃的至關(guān)重要的第一步。其四大科學(xué)目標(biāo)是：1、獲取月球表面三維影像；2、分析月球表面14種元素含量和物質(zhì)類型的分布；3、探測月壤特性；4、探測地月空間環(huán)境。1.8深空探測的歷程中國的探月工程“嫦娥工程”需完成的五大工程目標(biāo)是：1、研制和發(fā)射一顆月球探測衛(wèi)星；2、掌握繞月探測基本技術(shù)；地—月飛行技術(shù)，航天器飛出地球并進(jìn)入其他天體引力場的軌道設(shè)計(jì)與GNC系統(tǒng)技術(shù)實(shí)施遠(yuǎn)距離測控和通信探索深空探測器的熱控解決途徑3、開展月球科學(xué)探察；4、初步構(gòu)建月球探測航天工程系統(tǒng)；5、為月球探測后續(xù)工程積累經(jīng)驗(yàn)。嫦娥探月工程調(diào)相軌道地月轉(zhuǎn)移軌道月球捕獲軌道環(huán)月工作軌道

嫦娥一號衛(wèi)星的工作軌道

衛(wèi)星的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)衛(wèi)星制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)，簡稱GNC系統(tǒng)。由星載計(jì)算機(jī)、太陽敏感器、星敏感器、陀螺、紫外月球敏感器、動量輪、推力器等設(shè)備組成。嫦娥探月工程CE-1概述關(guān)鍵技術(shù)（1）衛(wèi)星的姿態(tài)控制。因?yàn)椤版隙鹨惶枴痹谡Ｌ綔y時，衛(wèi)星大部分探測儀器需要對準(zhǔn)月面，衛(wèi)星太陽帆板要對準(zhǔn)太陽，衛(wèi)星數(shù)傳天線要對準(zhǔn)地球，這種技術(shù)在以前的繞地衛(wèi)星飛行器當(dāng)中還沒有使用過。（2）遠(yuǎn)距離的通訊。由于地月之間距離接近四十萬公里，要完成這么遠(yuǎn)距離通訊，涉及到衛(wèi)星上的天線要對準(zhǔn)地球，衛(wèi)星上的放大器要有足夠的功率，地面接收站要有足夠大直徑的天線。這些技術(shù)都是中國航天所首次遇到，有一定難度。（3）探測儀器。衛(wèi)星所載探測儀器都是根據(jù)這次科學(xué)目標(biāo)新研制而成，它在后續(xù)的工作中是否能夠正常工作要面臨考驗(yàn)。（4）工作一年?！版隙鹨惶枴毙l(wèi)星設(shè)計(jì)的探測任務(wù)是工作一年，這一年工作當(dāng)中對于衛(wèi)星及星載各種儀器設(shè)備的可靠性也是一個考驗(yàn)。CE-1概述領(lǐng)軍人物總指揮：欒恩杰總設(shè)計(jì)師：孫家棟

首席科學(xué)家：歐陽自遠(yuǎn)測控系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師：于志堅(jiān)衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師：葉培建CE-1總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成CE-1有效載荷設(shè)計(jì)CE-1有效載荷設(shè)計(jì)1.三維影像的立體相機(jī)CCD

嫦娥1號衛(wèi)星將采取與其他國家不同的思路，搭載1臺CCD立體相機(jī)和1個激光高度計(jì)，兩者結(jié)合繪制完整細(xì)致的立體月球地圖。CCD立體相機(jī)同時對衛(wèi)星飛行的前方、下方和后方進(jìn)行拍照，形成三維影像。CE-1有效載荷設(shè)計(jì)1.三維影像的立體相機(jī)CCDCE-1有效載荷設(shè)計(jì)2.激光高度計(jì)

激光高度計(jì)由激光器、望遠(yuǎn)鏡和接收電路三部分組成。衛(wèi)星進(jìn)入環(huán)月軌道后，激光高度計(jì)首先向月面發(fā)射激光束，并立刻用望遠(yuǎn)鏡把反射回來的光束變成電信號。CE-1有效載荷設(shè)計(jì)3.干涉成像光譜儀

干涉成像光譜儀可以同時獲取目標(biāo)的“形影信息”和“光譜信息”，在空間遙感探測方面具有不可替代的優(yōu)勢，被譽(yù)為光學(xué)傳感器發(fā)展歷史上的一次革命。CE-1有效載荷設(shè)計(jì)4.伽馬射線譜儀

嫦娥1號衛(wèi)星將用世界先進(jìn)的伽馬/X射線譜儀探測月球上14種元素的分布。通過開采月球資源，滿足人類社會的需求。

CE-1有效載荷設(shè)計(jì)5.微波輻射計(jì)微波輻射計(jì)是一種獲取場景微波特征的重要手段，通過微波的特征，其穿透性的力量，可以看穿地下，測出土壤厚度。CE-1有效載荷設(shè)計(jì)6.高能粒子探測器、低能離子探測器太陽高能粒子探測器和低能離子探測器，將首次探測遠(yuǎn)至4萬至40萬km間的空間環(huán)境，這些關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)，對今后深空探測器的環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。這兩種探測器，都是用以探測太陽輻射以及其它宇宙射線的最好工具。

對金星的探索對金星的逐步認(rèn)識望遠(yuǎn)鏡觀測－“沼澤地”光譜學(xué)觀測射電望遠(yuǎn)鏡觀測1961年2月，前蘇聯(lián)發(fā)射了“人造衛(wèi)星”7號和“金星”1號探測器，失敗1962年8月，“人造衛(wèi)星”19號，失敗1967年6月，“金星”4號，成功著陸金星表面1970年8月，“金星”7號，軟著陸成功，測得溫度447度和氣壓為90個大氣壓“金星”7號1.8深空探測的歷程1.8深空探測的歷程對金星的探索1962年7月，美國“水手”1號發(fā)射，失敗1962年8月，“水手”2號發(fā)射，距金星34800千米處飛過1989年5月發(fā)射麥哲倫號，給金星表面98％的地方制作了地圖，分辨率為300米，還給這顆行星做了95％的重力場圖?！八帧?號1.8深空探測的歷程對金星的探索美國組織過10次對金星的探測，前蘇聯(lián)32次，美國和前蘇聯(lián)一直踩著失敗對金星進(jìn)行探測。1.8深空探測的歷程對火星的探索“運(yùn)河”的說法前蘇聯(lián)的火星探測60年代，“戰(zhàn)神”1號、“戰(zhàn)神”2號、“人造衛(wèi)星”22號、“火星”1號、“人造衛(wèi)星”24號、“Zond”2號和3號、“火星1969A”、“火星1969B”均失敗1971年，“火星”2號著陸后失蹤、“火星”3號撞上巖石1973年，4個“火星”系列探測器均失敗1988年，最后兩個探測器也失敗1.8深空探測的歷程對火星的探索美國的火星探測1964年，“水手”3號，失敗?！八帧?號，水手3號的姐妹探測器，于1965年到達(dá)火星，在路過的途中拍攝了火星表面22張近距照。探測器發(fā)現(xiàn)了那里是個環(huán)形山世界，大氣層比預(yù)計(jì)的稀薄得多?？茖W(xué)家由此總結(jié)出火星無論是從地質(zhì)學(xué)還是生物學(xué)角度看，都是一顆“死”星?！八帧?號1.8深空探測的歷程對火星的探索美國的火星探測水手9號，于1971年成為第一艘繞火星公轉(zhuǎn)的飛行器，第一次傳回了大星有關(guān)這顆紅色星球的信息，包括火星表面的巨火山，大峽谷體系，及水曾在該星球上流動的證據(jù)。這艘探測器也給火星的兩顆小衛(wèi)星Phobos和Deimos拍了幾張近距照。1975年，“海盜”1號、“海盜”2號，成功在火星表面著陸，發(fā)現(xiàn)火星存在生命的可能性幾乎為0。公布“火星人臉”1976年NASA火星衛(wèi)星的畫面，著名的faceonMars。2002年和2006年的數(shù)據(jù)照片傳回顯示就是普通的山頭。1.8深空探測的歷程對火星的探索美國的火星探測“海盜”計(jì)劃之后，火星探測停止，直到17年后的1992年“火星觀察者”號探測器，于1993年8月21日正準(zhǔn)備進(jìn)入火星軌道的時候，聯(lián)絡(luò)中斷。

1996年宣布，1984年在南極洲發(fā)現(xiàn)的ALH84001號隕石來自火星，隕石含有原始生命的微化石。1.8深空探測的歷程對火星的探索美國的火星探測1996年，火星全球勘探者號和火星探路者號，發(fā)現(xiàn)火星兩極存在冰，以漫游車方式探測，對取得巨大成功。1998年，火星氣候軌道器和火星極地著陸器，失敗2001年，火星奧德賽，南極圖像表面火星上有大量的冰2003年，火星漫游者，將勇氣號和機(jī)遇號兩輛火星車送往火星，對火星這顆行星進(jìn)行實(shí)地考察。2005年，火星勘測軌道飛行器，以前所未有的照相機(jī)分辨率對火星這顆紅色行星進(jìn)行詳細(xì)考察，并且為往后的火星地表任務(wù)尋找適合的登陸地點(diǎn)2007年，鳳凰號火星探測器，對火星的極地環(huán)境進(jìn)行探測，尋找火星北極土壤中可能存在的生命特征中國火星探測計(jì)劃螢火一號，是中俄航天合作項(xiàng)目“中國與俄羅斯聯(lián)合開展火星探測計(jì)劃”的重要部分。根據(jù)中俄兩國協(xié)議，雙方確定于2009年對火星及其衛(wèi)星“火衛(wèi)一”進(jìn)行聯(lián)合探測，中方衛(wèi)星“螢火一號”以探測火星空間環(huán)境為目標(biāo)，該星與俄羅斯“福布斯-土壤”衛(wèi)星，形成對火星空間環(huán)境的首次聯(lián)合探測，具有很好的創(chuàng)新性和重要的科學(xué)意義。但由于“福布斯-土壤”火星探測器推遲至2011年10月發(fā)射，“螢火一號”也不得不推遲發(fā)射升空?！拔灮鹨惶枴焙汀版隙稹钡娜蝿?wù)其實(shí)很類似，只不過探測的對象不一樣?！拔灮鹨惶枴卑菰L火星時，將共攜帶八件“武器”，包括兩臺攝像機(jī)、兩臺磁強(qiáng)計(jì)、離子探測包和光學(xué)成像儀等等，將重點(diǎn)探測火星的空間磁場、電離層和粒子分布及其變化規(guī)律；探測火星大氣離子的逃逸率；探測火星地形、地貌和沙塵暴；探測火星赤道區(qū)重力場。探測火星的空間環(huán)境；探尋火星水的消失機(jī)制；揭示火星這樣的類地行星空間環(huán)境演化的特征。1.8深空探測的歷程40年來共展開30多個火星計(jì)劃，美國14個，前蘇聯(lián)16個，僅7個具有具體成果。其它行星、小行星和彗星探測任務(wù)的介紹

Voyagers1和216.9×10913.8×109其它行星、小行星和彗星探測任務(wù)的介紹

Cassini

卡西尼號土星的公轉(zhuǎn)軌道飛行器和土衛(wèi)六的大氣探測器?？ㄎ髂崽柺荖ASA/ESA的聯(lián)合項(xiàng)目。這項(xiàng)目是設(shè)計(jì)用它的卡西尼土星環(huán)繞器和惠更斯土衛(wèi)六探測器完成對土星系統(tǒng)的探索?！傲_塞塔”探測器計(jì)劃用約10年時間追上一顆名為丘留莫夫-格拉西緬科的彗星。如果一切順利，預(yù)計(jì)在2014年1月，“羅塞塔”將到達(dá)距這顆彗星幾公里處，并成為人類首個圍繞彗星運(yùn)轉(zhuǎn)、進(jìn)而施放登陸器在彗星表面著陸的探測器。然而追趕彗星需要巨大的能量，“羅塞塔”探測器重達(dá)3噸，所攜帶的能量是有限的。因此，科學(xué)家專門設(shè)計(jì)了讓“羅塞塔”3次飛過地球，并且在2007年與火星“擦肩而過”的路程。這樣，在這幾次巧遇中，“羅塞塔”將利用地球或火星引力的拉扯效應(yīng)，大幅度提升飛行速度，同時節(jié)省飛行能量。深度撞擊是人造探測器首次以主動撞擊的方式來探測彗星，NASA己證實(shí)，其精度比預(yù)計(jì)的還要精確，誤差還不到1米(事先預(yù)計(jì)為1千米)，因而可以說它代表了空間技術(shù)的一次大飛躍。

其它行星、小行星和彗星探測任務(wù)的介紹

NEAR近地小行星會合計(jì)劃（NEAR）保證能回答有關(guān)諸如木星和火星軌道間的小行星以及彗星等近地天體本質(zhì)的基本問題。在1996年2月17日NEAR太空飛行器裝載在Delta2