展望中國(guó)2018年的火星任務(wù) _神秘

據(jù)騰訊科學(xué)（文/張雪松）：中國(guó)航天的發(fā)展一直偏重應(yīng)用，而在純科學(xué)的空間天文與深空探測(cè)方面，過(guò)去長(zhǎng)期是空白的。所謂“深空探測(cè)”是指航天器脫離地球引力場(chǎng)，進(jìn)入太陽(yáng)系空間或更遠(yuǎn)的宇宙空間進(jìn)行探測(cè) 。現(xiàn)在世界范圍內(nèi)的深空探測(cè)主要包括對(duì)月球、金星、火星、木星、小行星等太陽(yáng)系星體。與通訊衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星等各類人造地球衛(wèi)星相比，深空探測(cè)的實(shí)用價(jià)值可以說(shuō)微乎其微，其意義更多在于天文學(xué)、理論物理等科學(xué)領(lǐng)域的前沿探索。

北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)模型，相比這些能見(jiàn)得到實(shí)際利益的工程，長(zhǎng)期以來(lái)，深空探測(cè)項(xiàng)目在重實(shí)用的中國(guó)航天界無(wú)人問(wèn)津。
嫦娥探月工程立項(xiàng)歷經(jīng)蹉跎
我國(guó)是直到進(jìn)入21世紀(jì)才啟動(dòng)了探月工程，正式開(kāi)始深空探測(cè)工作，即嫦娥探月工程。事實(shí)上，即便是嫦娥探月工程的提出和立項(xiàng)，也經(jīng)歷了多年的蹉跎。或許是受到日本發(fā)射飛天號(hào)月球探測(cè)器的刺激，我國(guó)早在20世紀(jì)90年代初就對(duì)月球探測(cè)的必要性和可行性進(jìn)行了初步論證，并提出使用長(zhǎng)征二號(hào)捆綁火箭發(fā)射月球撞擊器的構(gòu)想，不過(guò)由于種種原因，這個(gè)和日本飛天號(hào)一樣僅有象征意義的探月方案并沒(méi)有啟動(dòng) 。
90年代后期我國(guó)再次論證探月方案，并對(duì)首次探月的科學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了分析和研究，2000年中科院提出的月球探測(cè)器的科學(xué)目標(biāo)和有效載荷通過(guò)論證和評(píng)審，隨后中科院開(kāi)始對(duì)載荷關(guān)鍵技術(shù)和地面處理應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行研究，2002年中科院和航天部分提交了月球探測(cè)器立項(xiàng)報(bào)告。2003年8月15日印度獨(dú)立日上，印度總理正式宣布研制月船一號(hào)月球探測(cè)器，在此影響下2004年1月我國(guó)正式啟動(dòng)嫦娥探月工程。
【展望中國(guó)2018年的火星任務(wù)】嫦娥探月工程分為三期，簡(jiǎn)稱為“繞、落、回” 。探月工程一期的“繞” ，計(jì)劃發(fā)射一顆月球軌道器進(jìn)行繪制月面三維立體圖像、探查月面物質(zhì)成分等任務(wù)；探月工程二期的“落“ ，將發(fā)射一顆月球軟著陸探測(cè)器，并攜帶一個(gè)月球車作為巡視器，兩者聯(lián)合進(jìn)行地形地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的探查，并攜帶望遠(yuǎn)鏡在月球表面仰望星空；探月工程三期的“回” ，是指發(fā)射月球取樣返回探測(cè)器，探測(cè)器降落到月球后，將自動(dòng)采集月壤和月巖樣品，最后由返回器帶回地球。我國(guó)將通過(guò)難度逐步增加的“繞、落、回”的三步走，突破和掌握全套無(wú)人探月技術(shù)，為未來(lái)可能的載人登月積累經(jīng)驗(yàn)并做好技術(shù)上的準(zhǔn)備。
我國(guó)嫦娥探月工程雖然立項(xiàng)較晚，但作為國(guó)家重大科技專項(xiàng)，進(jìn)展還是非常快的，先后于2007年、2010年發(fā)射嫦娥一號(hào)和嫦娥二號(hào)探月衛(wèi)星，完成第一步“繞”，以及二期工程“落”的前期勘探和技術(shù)驗(yàn)證。今年這次發(fā)射嫦娥三號(hào)月球軟著陸探測(cè)器將實(shí)現(xiàn)第二部“落” 。

月球南極被認(rèn)為最有可能存在水，所以作為嫦娥三號(hào)的備份星的嫦娥四號(hào)可以考慮進(jìn)行探測(cè) 。
嫦娥四號(hào)將起到承上啟下作用
那么，嫦娥探月工程會(huì)何時(shí)實(shí)現(xiàn)最后一步“回”？
首先要介紹的是嫦娥四號(hào)，它是嫦娥三號(hào)的備份星，目前已經(jīng)和嫦娥三號(hào)同步完成了正樣研制。較早的資料表明，嫦娥三號(hào)的巡視器設(shè)計(jì)壽命3個(gè)月，而嫦娥四號(hào)設(shè)計(jì)壽命12個(gè)月，分析認(rèn)為這種區(qū)別很可能是前者首次應(yīng)用，在宣傳口徑上做了保留。
嫦娥一號(hào)和二號(hào)的總設(shè)計(jì)師葉培建院士曾提到，嫦娥四號(hào)將在嫦娥三號(hào)的基礎(chǔ)上作一定的改進(jìn) ，而且運(yùn)行時(shí)間只有幾個(gè)月，結(jié)合他后來(lái)說(shuō)的國(guó)家計(jì)劃在嫦娥五號(hào)發(fā)射前做一次試驗(yàn)，驗(yàn)證月球軌道返回技術(shù)的信息，如果嫦娥三號(hào)一切順利的話，嫦娥四號(hào)很可能進(jìn)行不小的改進(jìn)，成為探月三期工程的先導(dǎo)星，驗(yàn)證從月球軌道直接返回的月球軌道測(cè)控、機(jī)動(dòng)和超高速直接再入大氣層的防熱等關(guān)鍵技術(shù) 。
另外考慮到日本月女神-2計(jì)劃在月球南極附近艾肯盆地著陸，嫦娥四號(hào)工作時(shí)間較短，也有可能進(jìn)行難度更大的任務(wù) ，如在月球極地附近的隕石坑著陸，尋找月球存在水的直接證據(jù) 。如果嫦娥四號(hào)作為探月三期的先導(dǎo)星用于返回技術(shù)驗(yàn)證，將是我國(guó)首次試驗(yàn)從深空軌道直接返回，對(duì)無(wú)人取樣返回探測(cè)器的研制和未來(lái)載人深空探索都具有很大的意義，如果嫦娥四號(hào)能深入地形復(fù)雜的月球極區(qū)探測(cè) ，也可以進(jìn)一步驗(yàn)證著陸系統(tǒng)，如果能直接找到水冰的存在，更是中國(guó)對(duì)國(guó)際月球探測(cè)做出的空前貢獻(xiàn) 。

嫦娥五號(hào)的模型，上部就是返回艙，用于將在月面取得的樣本送回地球。
嫦娥五號(hào)計(jì)劃于2018年發(fā)射
嫦娥五號(hào)主要任務(wù)就是月球取樣返回，它要面對(duì)取樣、上升、對(duì)接和高速再入等四個(gè)主要技術(shù)難題。根據(jù)目前的設(shè)計(jì)方案，嫦娥五號(hào)由軌道器、返回器、著陸器等多個(gè)部分組成，其中著陸器將進(jìn)行月面軟著陸，并自動(dòng)進(jìn)行月面采樣、樣品封裝等操作，將樣品由著陸器的上升段攜帶升空進(jìn)入月球軌道，與環(huán)月軌道上的軌道器對(duì)接，將樣品轉(zhuǎn)移到返回器內(nèi)部，最后軌道器攜帶返回器點(diǎn)火機(jī)動(dòng) ，從環(huán)月軌道直接返回地球，返回器將在再入大氣層前分離，最后降落在我國(guó)北方的內(nèi)蒙古草原上。
從這個(gè)軌道器、著陸器以及環(huán)月軌道對(duì)接的復(fù)雜設(shè)計(jì)方案看，嫦娥五號(hào)完全就是無(wú)人版的阿波羅登月，目前同樣計(jì)劃使用類似設(shè)計(jì)的深空探測(cè)器方案，是美國(guó)尚未立項(xiàng)的火星取樣返回探測(cè)器(MSR)，不過(guò)MSR最早也要2024以后發(fā)射，而我國(guó)的嫦娥五號(hào)預(yù)計(jì)2018年左右就要使用長(zhǎng)征五號(hào)火箭發(fā)射，嫦娥五號(hào)取樣返回的復(fù)雜性和先進(jìn)性在已有和正在研制中的深空探測(cè)器里是空前的。目前嫦娥五號(hào)探測(cè)器著陸器的變推力發(fā)動(dòng)機(jī)、交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)和激光雷達(dá)的研制都在緊密鑼鼓的進(jìn)行中，著陸器上升段和軌道器所使用的3000牛發(fā)動(dòng)機(jī)首次整機(jī)試車圓滿成功，已經(jīng)轉(zhuǎn)入初樣研制階段。嫦娥五號(hào)可以攜帶約2千克樣本返回地球，這是使用復(fù)雜的月球軌道對(duì)接設(shè)計(jì)的結(jié)果，之前的蘇聯(lián)Luna 16探測(cè)器整體落月，最終取回樣品僅有100克。
按照我國(guó)航天的慣例，嫦娥五號(hào)肯定還有一個(gè)備份星，如果嫦娥五號(hào)任務(wù)順利的話，它很可能賦予嫦娥六號(hào)的編號(hào)，增減部分設(shè)備提高技術(shù)水平，根據(jù)探月一期和二期的月球探測(cè)成果，選取探測(cè)價(jià)值更大區(qū)域如月球極區(qū)或是在月球背面取樣返回。不過(guò)嫦娥六號(hào)還太過(guò)遙遠(yuǎn)，目前很難對(duì)此做出有效的預(yù)測(cè) 。

中國(guó)對(duì)火星探測(cè)的初次嘗試始于2011年底。螢火一號(hào)被裝載在俄羅斯福布斯-土壤火星探測(cè)器上“捎”往火星，不過(guò)這次任務(wù)完全是個(gè)杯具，福布斯-土壤連地球軌道都沒(méi)能離開(kāi) 。

對(duì)外展示的中國(guó)自主火星探測(cè)器模型，可能在2018年發(fā)射。頭部的圓錐狀物體是火星登陸器，由此可見(jiàn)中國(guó)火星探測(cè)項(xiàng)目的起點(diǎn)設(shè)置非常高。

日本的MELOS火星探測(cè)計(jì)劃非常復(fù)雜，還包含了人類首架在外星使用的無(wú)人機(jī) 。
火星探測(cè)也會(huì)在2018年展開(kāi)
月球探測(cè)是深空探測(cè)的一部分，但月球只是深空探測(cè)萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步。我國(guó)航天和科學(xué)院系統(tǒng)，也在規(guī)劃對(duì)小行星、火星、金星進(jìn)行探測(cè)，并構(gòu)思了對(duì)主帶小行星、木星和更遙遠(yuǎn)的柯伊伯帶天體的遠(yuǎn)期探測(cè)計(jì)劃。
在2013年9月23到27日北京舉行的第64屆國(guó)際宇航大會(huì)上，航天科技集團(tuán)董事長(zhǎng)許達(dá)哲在中國(guó)專場(chǎng)“中國(guó)航天發(fā)展與展望”的全體會(huì)議中做了中國(guó)航天的精彩報(bào)告，為我們帶來(lái)我國(guó)深空探測(cè)的最新消息。許總報(bào)告中提到我國(guó)將2030年前將進(jìn)行火星探測(cè)、深空太陽(yáng)觀測(cè)、小行星伴飛和著陸、金星探測(cè)、木星探測(cè)和火星取樣返回等多個(gè)深空探測(cè)項(xiàng)目。不過(guò)他演示的幻燈片上，項(xiàng)目和具體時(shí)間與此前的報(bào)道有很大不同，其中2018年左右我國(guó)將進(jìn)行第一次火星探測(cè)，探測(cè)器包括軌道和巡視器，2020年左右我國(guó)將發(fā)射深空太陽(yáng)天文臺(tái)，2020到2025年之間先后進(jìn)行小行星伴飛和附著探測(cè)器和金星探測(cè)器的發(fā)射，2025年到2030年先后進(jìn)行木星探測(cè)器和火星取樣返回探測(cè)器的任務(wù) 。
按這個(gè)最新官方消息，結(jié)合其他說(shuō)法，火星探測(cè)任務(wù)基本確定，發(fā)射時(shí)間大致在2018年左右，而小行星伴飛和附著探測(cè)任務(wù)雖然基本確定，但時(shí)間仍有一定的不確定性。我國(guó)的首次火星探測(cè)任務(wù)采用軌道器加巡視器的設(shè)計(jì)，與日本的MELOS火星探測(cè)器方案十分相似。歐洲空間局的ExoMars火星探測(cè)項(xiàng)目也采用軌道器加火星車的設(shè)計(jì)，不過(guò)整體先進(jìn)性是我國(guó)暫時(shí)無(wú)法相比的，ExoMars項(xiàng)目和MELOS項(xiàng)目也都將在2018年執(zhí)行，這將是人類火星探測(cè)史上前所未有的盛況。

美國(guó)伽利略號(hào)探測(cè)器探測(cè)木星，對(duì)火星以外的行星進(jìn)行探測(cè)，目前除美國(guó)以外還沒(méi)有別的國(guó)家進(jìn)行過(guò) 。
我國(guó)還將探測(cè)小行星及木星
而在2012年，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)專家龍樂(lè)豪院士接受采訪時(shí)表示，在2030年前中國(guó)計(jì)劃對(duì)火星、金星、木星等星體進(jìn)行共9次探測(cè) 。2012年發(fā)《上海航天》第6期上的論文《深空探測(cè)器總體技術(shù)》還提到了小行星探測(cè)和木星探測(cè)的詳細(xì)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，其中小行星探測(cè)器計(jì)劃2017年使用長(zhǎng)征三號(hào)乙火箭發(fā)射，先后在2018年8月飛躍Tukmit小行星，2020年4月與Apophis小行星交會(huì)并伴飛5個(gè)月，2022年5月利用地球引力借力加速飛向1996FG3小行星，于2023年8月與其交會(huì)并伴飛4個(gè)月，最后在1996FG3上著陸。木星探測(cè)器計(jì)劃在2026年9月使用長(zhǎng)征五號(hào)火箭發(fā)射，通過(guò)2027年2月金星引力加速、2028年1月和2029年10月兩次地球引力加速，飛躍小行星帶并在2032年8月到達(dá)木星，經(jīng)過(guò)捕獲制動(dòng)后進(jìn)行木星環(huán)繞探測(cè) 。
木星探測(cè)的方案遙遙無(wú)期，具體方案還存在很大變數(shù)，不過(guò)小行星伴飛附著探測(cè)器已經(jīng)得到了多方面信息的驗(yàn)證。2012年珠海航展期間，《蘭州晚報(bào)》的關(guān)于蘭州510所電推離子發(fā)動(dòng)機(jī)的一篇報(bào)道，提到了510所的LIPS-200+離子電推進(jìn)系統(tǒng)不久將應(yīng)用于我國(guó)首次小行星探測(cè)航天器，完成主推進(jìn)任務(wù) 。
綜上所述，雖然我國(guó)極為重視空間應(yīng)用，而深空探測(cè)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都只能適度發(fā)展，但未來(lái)我國(guó)仍將在深空探測(cè)領(lǐng)域有所作為，除了后續(xù)的探月工程二期和三期項(xiàng)目外，還將開(kāi)展的火星和小行星探測(cè)任務(wù) ，在更遙遠(yuǎn)的未來(lái)還可能進(jìn)行主帶小行星取樣返回、木星環(huán)繞甚至柯伊伯帶天體探測(cè)等深空探測(cè)任務(wù)，為增進(jìn)人類對(duì)太陽(yáng)系的了解做出中國(guó)人應(yīng)有的貢獻(xiàn) 。
在早些年，中國(guó)的資金和技術(shù)都很有限的情況下，貿(mào)然挑戰(zhàn)耗資巨大的深空探測(cè)不是明智之舉。而如今隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提高，中國(guó)在尖端科技領(lǐng)域的研究需求變得越來(lái)越旺盛，深空探索所取得的技術(shù)突破也能反哺其他領(lǐng)域。中國(guó)航天界擺脫以實(shí)用性第一的傳統(tǒng)形象，參與到深空探測(cè)競(jìng)爭(zhēng)中來(lái)也就理所當(dāng)然了。