【新科技知识干部读本】深空探测是人类寻求长久发展的必然途径

对未知世界的探索，是人类发展的永恒动力。对茫茫宇宙的认知，是人类的不懈追求。进入21世纪以来，随着航天技术与空间科学的飞速发展，人类认识宇宙的手段越来越丰富，范围也越来越广，开展月球及更远的深空探测活动，已成为人类航天活动的重要方向。

关于深空探测的定义，目前存在几种不同的表述。1988年国际电信联盟把深空探测定义为对200万千米以远的天体或空间环境进行的探测。另一种说法将其定义为对月球及其以远的天体或空间开展的探测活动。也有把脱离地球引力场，进入太阳系空间或宇宙空间进行的探测称为深空探测的。

开展深空探测活动是人类探索宇宙奥秘和寻求长久发展的必然途径，是在近地空间活动取得重大突破的基础上，向更广阔的太阳系空间的必然拓展。一是促进对太阳系及宇宙的形成与演化、生命起源与进化等重大科学问题的研究，进一步认识地球以及空间现象和地球之间的关系，为回答“人类是谁，人类从哪里来，人类到哪里去”这一根本哲学问题提供直接手段。二是推动空间技术的跨越式发展，提升人类进入太空的能力。三是催生基础性、前瞻性的新学科、新技术，促进相关科学技术的发展。四是培养和造就创新型人才队伍，推动人类社会的进步。

自1958年8月美国发射世界上第一颗月球探测器“先驱者0号”，至2016年3月14日欧空局发射ExoMars火星着陆探测器，世界各国共实施深空探测任务246次，成功率约为50%。在50多年的深空探测发展历程中，经历了两个高潮期。

第一个高潮期为1958—1976年，也是美、苏两国在“冷战”背景下的空间竞赛期，共实施160余次探测任务，其标志性成果是苏联实现了3次无人月球采样返回，而美国则成功开展了著名的“阿波罗计划”，分6次把12名航天员送上了月球。这既充分展示了两个航天大国的国家意志和综合实力，又极大促进了空间技术和空间科学的快速发展，对人类经济社会产生了重大影响。

1994年美国发射的“克莱门汀”月球探测器发现了月球可能存在水冰，掀起了深空探测的第二次高潮。迄今共实施了50多次探测任务，其显著特点是中国、欧洲空间局、日本、印度等加入深空探测行列，开辟了小天体采样返回和火星巡视探测新领域。

美国是最早也是目前唯一对月球、太阳、行星、小天体及太阳系进行过探测活动的国家，保持着绝对领先地位。苏联 / 俄罗斯早期的深空探测任务曾创造了多个第一，但自1996年“火星96任务”失败后，近年来只实施了2次火星探测任务。日本虽在火星探测方面受挫，但在小天体探测方面取得较大成功，其金星探测器于2015年12月奇迹般复活进入金星轨道。欧洲空间局对月球、火星、金星、小天体等进行了探测，在较短时间内达到了很高的水平。印度则成为亚洲首个成功实施火星探测的国家。

我国截至目前共实施了4次月球探测，均获圆满成功，特点是起步晚、起点高，投入少、产出多，发射次数少、成功率高。2007年10月首次成功发射“嫦娥一号”月球探测器，实现了中华民族的千年奔月梦想，首次获取了120米分辨率全月图和大量科学数据。2010年10月1日发射的“嫦娥二号”月球探测器，获得了国际最高7米分辨率全月图和1.5米局部影像图，发现了铬元素和月球微磁场的存在，进行了日地拉格朗日L2点探测，还实现了对4179号小行星飞越探测，开辟了我国深空探测的新领域。2013年12月，发射“嫦娥三号”月球探测器（包括着陆器和月球车），成功实现了月球软着陆，开展了就位探测和月面巡视勘察，在国际上首次实现同时“测月、巡天、观地”：用测月雷达获得着陆区附近月表浅层剖面图；在月球上用光学望远镜，借助月球无大气无干扰的独特环境，实现了对数十个天区的长期观测；在月球上用极紫外相机对地球周围15个地球半径的大范围等离子体成像。

“嫦娥二号”拍摄的 4179 号小行星图像

世界各国和组织深空探测活动统计
注：统计中有 3 次任务尚在飞行途中，其中国际合作 1 次，美国 1 次，日本 1 次， 在计算成功率时未计算在内

人类开展的深空探测活动已基本覆盖太阳系各类天体，如月球、太阳、七大行星及其卫星、矮行星、小行星和彗星等。

通过50多年的深空探测活动，人类取得了载人登陆月球、小天体采样返回、发现火星表面存在水冰、获取深空环境信息等重要成就，对月球、火星等天体的认识更加深入，人类进入太空的能力有了极大提高，成功研制了大推力运载火箭、通信距离达数亿千米的深空测控网、精确的导航、制导与控制系统等，同时也有力带动了力学、物理、天文、信息等基础学科的发展，推动了新能源、新材料等前沿技术的巨大进步和广泛应用。

进入21世纪以来，美国、俄罗斯、欧洲空间局、日本和印度等主要航天大国和组织都制定了20年乃至更长的深空探测发展规划，未来国外探测的重点集中在月球、火星和小天体等。

美国预计在2025年左右实现火星取样返回，在2035年左右实现载人环火星探测和载人火星登陆。对小行星进行探测、采样的探测器，计划于2023年返回地球，这将是美国首个小行星采样返回任务。2018年，美国计划发射首颗飞入日冕的“太阳探针+”探测器，采用行星借力飞行技术，通过7次金星借力到达距太阳表面约700万千米处，探测其周围的等离子体、磁场、高能粒子和尘埃，为太阳日冕加热机制、太阳风的形成和演变等问题的研究提供科学数据。

俄罗斯计划于2018年前后发射月球轨道器及着陆器，对月球大气及土壤环境进行探测，同时对月球采样返回技术进行验证。同时，“月球基地任务”也在研究当中。俄罗斯与欧洲空间局合作，将发射多个火星探测器，实现火星采样返回。日本深空探测活动以无人探测为主，并以月球探测和小天体探测为主线，计划于2017年左右实施“月亮女神-2”着陆探测，并规划了长远的载人登月任务。欧空局计划于2018年在月球南极着陆并建立月球基地。此外，我国计划2017年实现月球样品无人采样返回，2018年实现人类首次月球背面着陆探测，2020年开展火星全球遥感与局部巡视探测。

可以看出，人类未来一段时期的深空探测仍以科学探索和技术创新为主要驱动力，探测的方式将从飞越观测、环绕探测向着陆探测、采样返回、载人登陆以及地外基地建设方向发展。主要目的一是对宇宙形成与演化及生命起源与进化进行更深入的探究，增进对太阳系及其天体的认识；二是促进航天技术创新发展，并带动一系列基础与支撑技术持续进步；三是服务国家整体战略，提升国家实力，促进国家经济社会可持续发展。

为了实现人类走出地球，进入太空的梦想，人类需要不断发现宇宙的奥妙，深化对宇宙的认识，探索可能适合人类居住的星球，必须通过各种形式的深空探测活动提升进入深空的能力。这是超越国家、民族和时代的梦想。深空探测是当今最为活跃、最受瞩目、取得成果最丰富的领域之一。

深空探测活动对国家经济、技术和社会有独特的带动性，能充分展示强大的科技实力和综合国力，可对一个国家产生多方面、多维度、综合性的影响，既是人类发展的必然选择，也是未来航天领域发展的重点方向之一。

各国深空探测发展历程，都经历了由近及远的过程，美、苏早期无人深空探测大致分为三个递进：第一步，地月系统探测，以探测月球为主要目标。第二步，近地行星探测，主要探测火星、金星两颗距离地球最近的类地行星。第三步，其他行星探测，主要探测木星、土星、水星、天王星、海王星、冥王星及其卫星、小行星和彗星。

从探测方式来看，经历了由易到难的过程，逐步发展出了飞越、撞击、环绕、软着陆、巡视、采样返回、载人登陆等多种探测方式。无论是对月球的探测还是对火星、金星等其他天体的探测，基本都是从飞越探测起步，然后环绕，最后着陆直至取样返回。对于离地球更远或质量较小的天体，目前基本处于飞越和环绕探测的阶段。

从未来发展看，深空探测的任务形式将由无人探测向载人探测逐步过渡。但由于载人探测难度很大，迄今也只有美国在20世纪60年代“冷战”背景下实现了载人登月，所以在可知的未来，无人探测仍是主要方式。

月球作为地球唯一的天然卫星，具有可供人类开发和利用的各种独特资源，是人类进入深空的理想基地和前哨站，因此一直是深空探测的起点和重点。它既是人类探测时间最早的，也是探测次数最多的，还是唯一进行过载人探测的星体。世界各国已实施119次月球探测任务，约占深空探测活动总次数的一半。

人类火星探测的科学目标是研究火星大气和土壤的结构与成分，并搜寻生命迹象。2007年8月美国发射的“凤凰号”首次实现了火星北极软着陆并验证了低成本的火星着陆技术，同时在北极地区发现了水冰的存在。2012年8月美国发射了“火星科学实验室”，成功实现了“好奇号”着陆火星表面并开展巡视探测，其目的是通过分析土壤及岩芯样本对火星过去和现在可能维持生命的有机化合物及环境进行研究。

“嫦娥三号”着陆器安全着陆月面

“玉兔号”月球车在月球表面工作

未来一段时间月球探测和火星探测仍将是深空探测活动的重点，而近期比较明确的探测任务均是为后续月球和火星采样返回、载人登陆乃至基地建设做铺垫。

深空探测活动是技术创新和科学发现双轮驱动的结果，几乎每次深空探测活动都包含技术创新和科学发现。因为深空探测涉及各种行星及其卫星、小行星、太阳系空间等诸多探测主体，科学目标复杂多样，诸如太阳系和地球的起源与演化、寻找地外生命、探测和利用资源、探测空间环境及天体构造和成分等，都是事关人类发展的重大科学问题。对这些问题的研究，有助于催生新学科的诞生。而技术创新是人类破解科学难题的手段和工具，又借助深空探测这一难得的空间技术创新和演示验证的重要平台，开展近地空间和深空所需共性关键技术的演示验证，为提升直接为国民经济服务的应用卫星研制水平和深空探测能力奠定基础。

深空探测是一项长周期、高风险的航天活动。从深空探测发展历程看，由于距离远、未知因素多、任务周期长、环境复杂，与近地航天活动相比，往往具有更高的风险，迄今已开展的深空探测活动成功次数不足六成。加之深空探测活动是极具战略性和公益性的活动，其主要目的是推动技术进步，促进空间科学发展，更好地造福全人类，而且往往投入成本较高，因此深空探测活动主要是由国家层面支持和投资的，但也不排除未来采用商业模式。

作为对未知世界的探索活动，深空探测的对象和环境往往具有不确定性，从而导致固有的高风险性。在未来的深空探测活动中，需要系统谋划技术路线，充分识别和化解技术风险，并制定科学合理的任务目标和评价体系。

深空探测是人类探索宇宙奥秘、建设美好地球家园的必然选择，也是一项高技术、高风险、高投入的航天活动。经过50多年的探索与发展，人类已对太阳系主要天体，尤其是月球和火星进行了一系列探测，取得若干重大的工程技术和科学探测成果，但这只是深空探测的初级阶段。深空探测的第二阶段是太阳系外探测，也就是飞出太阳系，进入银河系，探测恒星系统，遨游浩渺的宇宙空间，这需要在现有航天技术水平上实现重大跨越，突破现有物理定律约束和光速极限认知，建立多维新型时空关系。这个阶段将会非常漫长，且必将经历多次重大的科学技术革命。

我国的深空探测刚刚起步，虽然取得了很大成绩，但与航天强国相比还有很大差距，未来的探测之路仍然漫长。应体现大国责任担当，坚持创新驱动战略，瞄准“两个一百年”的奋斗目标，科学制订发展规划，着力突破关键技术，为人类文明进步做出更大贡献。