深空探測

深空探測

深空探測是指脫離地球引力場,進入太陽系空間和宇宙空間的探測。主要有兩方面的內容:一是對太陽系的各個行星進行深入探測,二是天文觀測。

  • 中文名稱
    深空探測
  • 重點領域1
    月球探測
  • 重點領域2
    火星探測
  • 重點領域3
    水星與金星的探測

基本簡介

深空探測是指脫離地球引力場,進入太陽系空間和宇宙空間的探測。通過深空探測,能幫助人類研究太陽系宇宙的起源、演變和現狀,進一步認識地球環境的形成和演變,認識空間現象和地球自然系統之間的關系。從現實和長遠來看,對深空的探測和開發具有十分重要的科學和經濟意義。深空探測將是21世紀人類進行空間資源開發與利用、空間科學與技術創新的重要途徑。

探測範圍

深空探測主要有兩方面的內容:一是對太陽系的各個行星進行深入探測,二是天文觀測。

行星際探測

(圖)月球探測者(圖)月球探測者

20世紀60年代至21世紀初,美國、前蘇聯、歐洲航天局及日本等先後發射了100多個行星際探測器,有發向月球 的,也有發向金星水星火星木星土星海王星天王星 等各大行星的,以及指向地球及周邊環境的。通過這些深空探測活動所得到的關于太陽系的認識大大超過了人類數千年來所獲有關知識總和的千萬倍。

天文觀測

到21世紀初,人類已把各個波段的天文衛星送入太空,其中較大的有美國的伽馬射線觀測台、先進X射線天體物理設施、紅外望遠鏡設施、哈勃空間望遠鏡等4項,其中以“哈勃”空間望遠鏡最引人矚目。

21世紀深空探測的五個重點領域:

月球探測;

火星探測;

水星金星的探測;

巨行星及其衛星的探測;

小行星彗星的探測。

探測目標

深空探測的整體目標是:

利用空間資源(能源、資源、環境);

擴展生存空間;

探索太陽系和宇宙(包括生命)的起源和演化;

為人類社會的可持續發展服務。

發展狀況

前蘇聯

蘇聯在金星著陸的金星4號蘇聯在金星著陸的金星4號

1959年1月2日,前蘇聯發射了月球1號探測器。此後,又連續發射了月球2號和月球3號探測器,其中,月球3號從月球背面的上空飛過,拍攝並向地球發回了約70%月背面積的圖片。這是首次獲得月球背面圖片,使人類第一次看到月球背面的景象。

1960年10月1日,蘇聯為了搶奪“率先探測火星”的紀錄,嘗試向火星發射一顆探測器——“戰神”1號,但是發射失敗,隨後的“戰神”2號也發射失敗。接下來,準備飛往火星的“人造衛星”22號也失敗,“火星”1號失敗,“人造衛星”24號失敗。

此後,蘇聯的深空探測開始和“失敗”二字緊密相聯。蘇聯往火星、金星發射了非常多的探測器,蘇聯的火星、金星任務幾乎每次都失敗。

到1973年,蘇聯還沒找到去火星的途徑。這一年,它又發射了四個“火星”系列探測器,但均遭失敗。1988年,蘇聯又發射了最後兩顆探測器,也同樣歸于失敗。之後,蘇聯解體,俄羅斯也沒有觸碰過火星。

美國

在深空探測競賽中,美國與蘇聯展開了針鋒相對的深空探測競爭。NASA噴氣推進實驗室開始對“徘徊者”月球探測器進行改造,製造出了“水手”系列行星探測器。1962年7月22日,美國宇航局第一顆金星探測器——水手1號發射,攜帶探測器的火箭起飛後竟鬼使神差向不該飛的方向飛去,最後隻能被美國空軍摧毀了。

美國共組織過10次對金星的探測,而蘇聯進行了32次,歐洲航天局進行了1次。整體上來講,蘇聯獲得了較多的金星成果。

(圖)奧德賽號(圖)奧德賽號

1964年11月,美國宇航局從“水手”計畫中抽調“水手”3號進行火星探測。這是美國首次發射的火星探測器,也以失敗告終。“水手”4號也于當月發射,它于1965年7月14日抵達距離火星表面不到9800千米的地方,拍攝了21張火星照片,同時探測到火星大氣壓還不到地球的1%,終結了所有“火星人”的科幻小說。“水手”4號取得了前所未有的成功。1975年8月和9月,美國海盜1號、2號探測器相繼發射,成功在火星表面著陸。通過對火星物質的檢驗,發現火星上存在生命的可能性幾乎為零。不過,這次探測發現了一個日後風靡全世界的東西——火星人臉。

“海盜”火星探測計畫之後,美國宇航局預算逐漸吃緊,火星探測被迫停止17年。直到1992年重啓火星探測,于9月發射了耗資9.8億美元的“火星觀察者”號探測器,但飛到火星後拍了一張黑白照片便失蹤了。火星探索被迫再次中止,又擱置了四年。

1996年8月,美國宇航局科學家大衛·麥凱宣布,火星隕石ALH84001含有小蟲子(微生物)化石。該隕石是美國國家自然科學基金會隕石搜尋小組成員羅伯特·斯科爾1984年在南極撿到的。這就是說,火星上有生命。美國宇航局順勢于當年發射了“火星全球勘探者”和“火星探路者”探測器,恢復了對火星的探測。

“火星探路者”經過7個月的飛行,于1997年7月在火星表面成功著陸,然後用遙控火星車進行了考察。它發回了蔚為壯觀的火星全色全景照片,使人類對火星地表景觀有了更直觀的認識。同時深入研究了火星氣候,對火星岩石和土壤也有了初步了解。

1990年,發射“尤利西斯”號太陽探測器,著重對太陽兩極進行近距離觀測;

1995年,發射與歐洲合作的“SOHO”太陽探測器,著重對太陽活動和日地空間的研究,天文愛好者常用“SOHO”的圖片搜尋小行星或彗星

“旅行者1號”上的金屬碟片留下給外星人的信息“旅行者1號”上的金屬碟片留下給外星人的信息

1998年,發射深空1號彗星探測器,該探測器第一次使用離子發動力,既輕便又持久,它先後探測了小行星1992KD、威爾遜-哈林頓彗星、博雷利彗星;

1999年,發射“星雲”號彗星採樣返回探測器,該探測器耗時五年,終于在距離地球3.8億千米的太空中與“懷爾德-2”彗星尾部“相撞”,獲取了彗星塵土樣品,並于2006年1月返回美國,它將幫助研究太陽系起源問題;

2001年,發射“起源”號太陽風探測器,該探測器用高純度藍寶石、矽、金和金剛石等製成的收集裝置,于發射三個月後採集太陽風粒子樣本,2004年9月返回美國;

2002年,發射“等高線”彗星探測器;

2003年,發射“星系演化”探測器,對銀河系以外的天空進行第一次紫外線測量,對宇宙中的若幹星系的演化進行研究;

2004年,發射信使號水星探測器,將對距離太陽最近的行星進行細致的探索,蒐集水星地質和大氣組成方面的資料;

2004年1月14日,美國總統布希在美國國家航空航天局總部發表講話,宣布美國將在2020年前重新把航天員送上月球,並將以月球作為中轉站,向更遠的太空進發。這次講演的主要內容,被人們稱為“美國太空探索新構想”。

2005年,發射“深度撞擊”號彗星探測器並釋放撞擊器,成功與“坦普爾-1”彗星相撞,利用撞擊掀起的彗星物質進行研究,之後母船繼續飛往另一顆名叫“坡辛”的彗星。

2006年,發射“新視野”號探測器,目標是行星冥王星及更遠的太陽系邊緣,但該探測器還在趕路時,國際天文學聯合會就開除了冥王星的“行星”資格。“新視野”號速度飛快,現已經飛越木星;

2007年,發射黎明號小行星探測器,將對盤踞于火星和木星之間的小行星帶,尤其是谷神星灶神星兩顆最大的小行星進行探測,以研究45億年前太陽系早期的情形和演化過程。

歐洲

“哈勃”太空望遠鏡“哈勃”太空望遠鏡

1978年12月12日,歐洲和美國聯合發射了TheInternationalCometaryExplorer,又名ISEE-3號,飛越哈雷彗星,探測了太陽風。1985年7月2號,發射Giotto,再次探測哈雷彗星

1995年,和美國共同發射“SOHO”太陽探測器。

1997年,和美國聯合發射“卡西尼-惠更斯”土星及土衛六探測器。

1990年,和美國聯合實現“哈勃”太空望遠鏡升空,“尤利西斯”太陽探測器發射。

2001年11月,歐洲空間局各國部長批準了旨在對太陽系進行無人和載人探索的曙光計畫。該計畫將分為5個階段完成,並計畫于2024年實現載人登月。

2003年,獨立發射火星探測器“火星快車”,獲得成功。

2003年9月27日,歐洲成功發射了它的第一顆月球探測器--智慧1號,標志著歐洲探月活動正式開始。智慧1號2005年3月進入預定的環月軌道,2006年9月3日撞擊月球優湖地區,在此期間取得了豐富的科學成果。該探測器採用了太陽能電火箭等多項新技術。

2004年,發射“羅塞塔”彗星探測器,預計2014年到達軌道。

2005年,發射“金星快車”進行探測器。

日本

日本“先驅”號彗星探測器日本“先驅”號彗星探測器

日本和歐洲一樣,不發展載人航天,很重視的也是深空探測。1985年,日本先後發射了“先驅”號和“行星-A”兩顆探測器,探測了哈雷彗星和太陽風的關系。

1990年,發射“飛天”號月球探測器。

1998年,發射“行星-B”火星探測器,最後入軌火星時失敗。

2003年,發射隼鳥號小行星探測器,這次任務比較有趣,在兩顆小衛星失敗的情況下,母星親自降落,一度與地球喪失聯系,控製人員宣布任務失敗,後來又奇跡復活,破天荒地取到了小行星樣本,並于2010年返回地球,降落在澳大利亞。“隼鳥”號取得的成就包括利用耗能低的離子引擎,電離氙氣噴射提供動力,實現了長距離運行;近距離的拍攝了小行星的照片,研究了小行星結構,以及從小行星上抓取了岩土樣本等,但是對樣本的研究目前尚未有重大的科研進展的訊息傳出。

2006年,和美國合作,發射“日之出”太陽探測器。

2007年,趕在中國之前,發射“輝夜姬”月球探測器。

中國

中國第一顆火星探測器“螢火一號”中國第一顆火星探測器“螢火一號”

2000年11月,中國發表了《中國的航天》白皮書,正式提出將“開展以月球探測為主的深空探測的預先研究”。2002年8月13日,在山東青島召開的2002年深空探測技術與套用國際研討會上,中國正式對外宣布將開展月球探測工程。

2004年1月23日,中國探月一期工程--繞月探測工程正式立項,自此,中國探月工程正式啓動。

2006年2月9日,中國政府發布的《國家中長期科學技術發展規劃綱要(2006-2020)》將探月工程列為國家中長期科技發展的重大專項。

2007年11月6日,中國第一顆探月衛星——嫦娥1號邁出深空探測第一步,抵達38萬公裏外的月球,最遠完成了1個地月距離。

2011年11月9日,中國第一顆火星探測器——螢火一號探測器跟隨俄羅斯的火星探測器“福布斯”飛赴火星。承擔發射任務的“天頂”號運載火箭,將中俄聯合探測器送至圓形地球停泊軌道;在停泊軌道上飛行2圈後將轉移到過渡橢圓軌道上,飛行1圈後被送入地火轉移軌道;探測器在轉移軌道上經過10—11個月的巡航段飛行後到達環繞火星軌道。

2013年1月5日23時46分,在北京航天飛行控製中心精確控製下,嫦娥二號衛星深空探測成功突破1000萬公裏,標志著中國深空探測能力得到新的躍升。這是中國航天史上航天器飛行距離最遠的一次“太空長征”。

相關活動

從1958年美國和前蘇聯啓動探月計畫開始,世界發達國家和航天技術大國都先後開展了多種類型的深空探測活動。

全世界進行過月球探測的國家和地區有美國、前蘇聯/俄羅斯歐洲和日本以及中國。已經開展月球探測活動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1次,其中,2007年9月14日發射了一顆探月衛星,這項探測活動仍在進行中。

在早期探月活動中,火箭故障率較高導致成功率普通不高。整個人類探月活動的成功率約為48%。隨著火箭技術的發展和成熟,故障有所減少。探月活動的大部分故障主要集中在探測器上。

火星是月球之外又一大探測熱點,人類已經進行的火星探測37次,正在進行和即將進行的火星探測5項。已經成功和基本成功的有17次,失敗20次。

另外,人類對月球、火星之外的太陽系天體的探測共進行了68次,其中成功和基本成功44次。

專家指出,對未知世界的探索是人類文明和科學技術進步發展的永恆動力,對茫茫宇宙的探測則是人類認識宇宙、探索宇宙的起源、拓展生存空間的必由之路。深空探測可以解答地球如何起源,人類是否為宇宙的唯一生命、地球的未來將是怎樣的等一系列問題。

因此,盡管充滿風險,盡管屢屢失敗,人類邁向深空的腳步不僅沒有停止,反而越來越快。

人類月球探測大事記

1959年1月2日,前蘇聯發射了月球1號探測器。月球1號從距離月球表面5000多千米處飛過,並在飛行過程中測量了月球磁場、宇宙射線等資料,這是人類首顆抵達月球附近的探測器。

1959年9月26日,前蘇聯成功發射了月球2號探測器,它是首個落在月球上的人造物體。

在撞擊月球前,月球2號向地球傳送了月球磁場和輻射帶的重要信息。

1959年10月4日,前蘇聯發射了月球3號探測器,它從月球背面的上空飛過,拍攝並向地球發回了約70%月背面積的圖片。這是首次獲得月球背面圖片,使人類第一次看到月球背面的景象。

1961年5月25日,美國總統肯尼迪在國會作特別演講時宣布,在20世紀60年代結束之前,將把人送上月球並安全返回地面,阿波羅計畫正式啓動。

1964年7月,美國發射了徘徊者7號硬著陸月球探測器。該探測器在撞到月球之前,成功地拍攝了4308張月面照片,照片顯示了小到直徑隻有1米左右的撞擊坑和25釐米大小的岩石,這是人類獲得的第一批月面特寫鏡頭。

1965年3月至1966年11月,美國共發射了10艘兩人駕駛的雙子星座號飛船。雙子星座號計畫是阿波羅計畫的輔助計畫,用來驗證載人飛船變軌道飛行、交會與對接、艙外活動等技術。

1966年1月31日,前蘇聯發射了月球9號軟著陸月球探測器。三天半之後,月球9號成功地降落在月球表面,成為首個在月球上實現軟著陸的探測器,並且在隨後的4天中發回了包括著陸區全景圖在內的高解析度照片。

1966年3月31日,前蘇聯發射了月球10號探測器,幾天後,探測器進入環繞月球飛行的橢圓軌道,成為首個環月飛行的月球探測器。

1966年6月2日,美國發射了勘察者1號探測器,該探測器是美國首次實現月球軟著陸的探測器,它共發回11237張高解析度的照片。此後,美國又發射了6顆勘察者號探測器,其中4個取得成功。這些探測器對阿波羅飛船的備選著陸區進行了考察。

1966年8月10日,美國首顆環月探測器月球軌道器1號發射成功,進入近月點200千米、遠月點1850千米的軌道。1966年8月至1967年8月,美國共發射5顆月球軌道器,對月表進行了大面積探測,確認了10個阿波羅飛船著陸點,並通過測量軌道資料,得到月球重力場詳圖。

1967年1月27日,裝在土星-1B運載火箭上的阿波羅1號指令艙在發射台上起火,3名航天員在這場火災中遇難。

1968年9月15日,前蘇聯的探測器5號發射升空,經過7天飛行後,它的返回艙濺落在印度洋上,成為首個到達月球附近又返回地球的航天器。但因探測器5號控製系統故障,返回艙未按預定方式再入大氣層並在預定地點著陸。此後發射的探測器7號順利完成了各項任務,並以預定的跳躍方式成功返回地球。

1968年10月11日,美國阿波羅計畫首次進行載人飛行試驗,2名航天員乘坐阿波羅7號飛船由土星-1B火箭送入環繞地球飛行的軌道,這次飛行對飛船的指令艙與服務艙進行了驗證。

1968年12月21日至27日,載有3名航天員的阿波羅8號飛船成功飛臨月球上空,這是世界上第一艘飛到月球附近的載人飛船,也是人類第一次親臨月球附近,飛船繞月飛行10圈後返回地球,在太平洋安全濺落。

1969年7月16日至7月24日,人類完成了首次登月任務。3名美國航天員阿姆斯特朗、奧爾德林柯林斯乘坐的阿波羅11號飛船于7月16日升空,並于7月20日飛臨月球,格林尼治時間7月20日20時17分,阿姆斯特朗、奧爾德林駕駛的登月艙在月面靜海區著陸,然後他們先後走出登月艙,人類的足跡第一次印在了月球上。阿波羅11號飛船登月艙在月面停留了21小時36分,2名航天員採集了21.7千克月球樣品,安裝了科學儀器,在艙外活動2小時31分,然後他們駕駛登月艙離開月球,與柯林斯駕駛的繞月飛行的指令服務艙會合,並一同返回地球,最終于24日安全濺落在太平洋。此後,又有5艘阿波羅飛船成功完成登月任務,總共有12名航天員分6批成功登上月球。

1969年7月,前蘇聯為載人登月計畫研製的N-1重型運載火箭從拜科努爾發射場起飛66秒後炸毀,到1972年,N-1火箭4次試驗發射均告失敗,使前蘇聯終止了載人登月計畫。

1970年4月11日發射的阿波羅13號飛船,在起飛55小時55分時,服務艙2號氧貯箱爆炸,導致無法正常供電、供水、處理二氧化碳、保持艙內溫度等一系列嚴重後果,航天員面臨無法返回地球的危險。但是,在地面控製中心的正確決策和指揮下,3名航天員逐一解決了面臨的難題,最終利用登月艙發動機成功返回地球,創造了人類航天史上的偉大奇跡。

1970年9月12日至24日,前蘇聯的月球16號探測器成功完成了月面自動採樣,並攜帶101克月球樣品安全返回地球,使人類首次實現了月面自動採樣並返回地球的探測活動。1970年9月至1976年8月,前蘇聯共發射了5個自動採樣探測器,其中,月球16號、20號和24號取回了月球樣品。

1970年11月10日,前蘇聯發射了攜帶月球車1號的月球17號探測器,7天後,月球17號成功降落在月球的雨海區域。隨後,世界首個月面巡視探測器--月球車1號開始進行月面巡視考察。它在月球上工作了301天,行走10.54千米,考察了80000平方米的月面,在500多個地點研究了月壤的物理和力學特徵,在25個地點分析了月壤的化學成分,發回2萬多個測量資料。1973年1月8日,前蘇聯又成功將月球車2號送上月面,並進行了更大範圍的月面巡視考察。

1990年1月24日,日本發射了飛天號探測器,該探測器的主要任務是驗證借助月球引力的飛行技術和進入繞月軌道的精確控製技術,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,美國發射了克萊門汀號探測器。該探測器在對月球南極進行探測時,首次發現月球南極可能存在水的直接證據。

1998年1月7日,美國發射了月球勘探者環月探測器,它的主要任務是尋找月球上的水。它攜帶的中子譜儀的探測資料表明,月球南北兩極可能存在凝結的水冰。月球勘探者號完成繞月探測使命後,高速撞向月球上可能存在水凍的區域,以便通過巨大撞擊能量產生水汽雲,以進一步證明水的存在,但最終地面和太空中的望遠鏡都沒有觀測到期待的水汽雲。

2000年11月,中國發表了《中國的航天》白皮書,正式提出將“開展以月球探測為主的深空探測的預先研究”。2002年8月13日,在山東青島召開的2002年深空探測技術與套用國際研討會上,中國正式對外宣布將開展月球探測工程。

2001年11月,歐洲空間局各國部長批準了旨在對太陽系進行無人和載人探索的曙光計畫。該計畫將分為5個階段完成,並計畫于2024年實現載人登月。

2003年1月,印度宣布將于2007年發射自行研製的月球初航環月探測器,該探測器將運行在100千米的月球極軌道上。

2003年9月27日,歐洲成功發射了它的第一顆月球探測器--智慧1號,標志著歐洲探月活動正式開始。智慧1號2005年3月進入預定的環月軌道,2006年9月3日撞擊月球優湖地區,在此期間取得了豐富的科學成果。該探測器採用了太陽能電火箭等多項新技術。

2004年1月14日,美國總統布希在美國國家航空航天局總部發表講話,宣布美國將在2020年前重新把航天員送上月球,並將以月球作為中轉站,向更遠的太空進發。這次講演的主要內容,被人們稱為“美國太空探索新構想”。

2004年1月23日,中國探月一期工程--繞月探測工程正式立項,自此,中國探月工程正式啓動。

2006年2月9日,中國政府發布的《國家中長期科學技術發展規劃綱要(2006-2020)》將探月工程列為國家中長期科技發展的重大專項。

2007年9月14日,日本月亮女神探測器發射升空,開始為期一年的月球探測活動。

2007年10月24日18時05分,中國的嫦娥一號發射升空,開始了為期一年的探月活動。

註:遼寧省2004年中考閱讀題《深空探測》。

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