2023年国外深空探测领域发展综述

360影视 2025-01-10 22:20 2

摘要:2023年,国外共发射7次深空探测任务,包括3次月球探测、1次木星系探测、1次科学观测、1次太阳探测和1次小行星探测任务。美国发射“赛琪”(Psyche)小行星探测器;欧洲发射“欧几里得”(Euclid)空间望远镜和“木星冰卫星探索者”(JUICE);俄罗斯发

2023年,国外共发射7次深空探测任务,包括3次月球探测、1次木星系探测、1次科学观测、1次太阳探测和1次小行星探测任务。美国发射“赛琪”(Psyche)小行星探测器;欧洲发射“欧几里得”(Euclid)空间望远镜和“木星冰卫星探索者”(JUICE);俄罗斯发射近半个世纪以来的首次月球探测任务——月船-25(Luna-25),但着陆失败;印度成功发射月船-3(Chandrayaan-3)和阿迪蒂亚-L1(Aditya-L1)太阳探测器;日本成功发射“小型月球探测着陆器”(SLIM)。

截至2023年底,国外共实施了289次深空探测任务,其中263次任务为主载荷任务,另有26次为搭载任务,探测范围覆盖整个太阳系,探测方式包括撞击、飞越、环绕、着陆/巡视和采样返回。不考虑搭载任务,按所属国家划分,美国108次,苏联/俄罗斯118次,欧洲18次,日本11次,印度5次,以色列1次,阿联酋1次,韩国1次;按探测目标划分,月球探测118次,火星探测46次,金星探测41次,小天体及矮行星探测17次,其他探测41次(包括水星探测3次,巨行星探测8次,太阳探测18次,深空技术试验2次和科学观测10次)。

1 整体情况概述

2023年,国外密集发射深空探测任务,全年发射次数高达7次,创下美苏太空争霸结束以来的年度发射次数最高纪录,探测范围覆盖月球、小天体、巨行星、太阳、科学观测等,参与国家或地区包括美国、欧洲、俄罗斯、印度和日本。

欧洲发射全球首个木星冰卫星探测器,

详细探测木星的3颗冰卫星

2023年4月14日,欧洲航天局(ESA)的“木星冰卫星探索者”探测器(图1)搭乘阿里安-5(Ariane-5)运载火箭发射升空。JUICE任务将对木星及木星的3颗冰卫星——木卫三(Ganymede)、木卫四(Callisto)和木卫二(Europa)进行详尽观测,揭秘冰卫星的宜居性,探测木星系统的复杂环境,推进人类对外太阳系的探索。按计划,探测器将于2031年7月飞抵木星,之后将围绕木星飞行,并在此期间完成木卫二、木卫三和木卫四的多次飞越,最终于2035年底撞击木卫三表面。2023年11月17日,探测器进行了其飞向木星的8年旅行中最大、最重要的一次机动,为2024年的地月飞越进行了机动准备。

图1 欧洲JUICE任务概念图

欧洲发射“欧几里得”空间望远镜,

探索宇宙暗能量和暗物质

2023年7月1日,ESA的可见光到近红外空间天文望远镜“欧几里得”(图2)搭乘猎鹰-9(Falcon-9)运载火箭发射升空,飞往日地拉格朗日L2点轨道开展科学观测。“欧几里得”任务旨在观测100亿光年的数十亿个星系,覆盖超过三分之一的天空,创建准确的大尺度宇宙三维地图,揭示暗能量和暗物质的性质,增进人类对宇宙的认知。2023年10月,“欧几里得”进入正式科学探测阶段。2023年11月7日,ESA公布了“欧几里得”拍摄的第一批宇宙全彩色图像,展示其绘制出迄今为止最广阔的宇宙三维地图的能力。

图2 ESA“欧几里得”空间望远镜

印度月船-3探测器成功实施

月球软着陆和巡视探测

2023年7月14日,印度发射月船-3探测器(图3)。8月23日,探测器成功在月球南纬69.37°、东经32.35°附近区域着陆,使印度成为继苏联、美国和中国之后,第四个在月球表面成功着陆的国家。月船-3是印度第三次月球探测任务,在历经四年前月船-2着陆失败的挫折后,月面着陆终获成功。着陆后,探测器携带的月球车在月面行驶约100m,着陆器进行了“跳跃”试验,发动机点火,着陆器升离月球表面40cm,然后在距离原着陆位置30~40cm处着陆。之后月球车和着陆器均进入休眠。11月,探测器的推进模块返回地球轨道。

图3 印度月船-3任务

俄罗斯成功发射月球-25,

然而月面软着陆抱憾折戟

2023年8月11日,俄罗斯成功发射月球-25月球着陆器,这是俄罗斯自1976年苏联时期的月球-24以来、时隔47年再次发射月球探测器,标志着俄罗斯月球探测活动的重启。探测器携带多种科学载荷,主要科学目标是探测月球南极附近是否存在水冰资源,并评估其含量和分布情况。然而在8月19日,探测器按计划开始进行轨道机动以转移至“预着陆轨道”,但在机动过程中发生故障,与地球失联,坠毁在月球表面。

印度发射其首次太阳探测任务,

深空探测范围从月、火扩展至太阳

2023年9月2日,印度成功发射其首个太阳探测器——阿迪蒂亚-L1(图4),将研究太阳日冕加热和太阳风加速的机制,以及日冕物质抛射、太阳耀斑等对地球附近环境的影响。该任务是印度首次研究太阳的任务,也是印度首次在日地L1点附近运行的任务,标志着印度的深空探测活动范围从月球、火星扩展至太阳。2024年1月6日,探测器成功进入绕日地L1点运行的晕轨道。

图4 印度阿迪蒂亚-L1太阳探测器

日本发射小型月球着陆器,

演示验证高精度月面软着陆技术

2023年9月7日,日本发射SLIM探测器(图5),将演示验证高精度月面软着陆技术。该任务是一项小型、低成本任务,是日本政府实施的第三次月球探测任务,也是其首次月球软着陆任务。此前,日本政府曾于1990年和2007年分别发射了月球环绕任务——“飞天”(HITEN)和“月女神”(SELENE);日本私营企业ispace公司于2022年发射了白兔-重启-任务1(HAKUTO-R-M1)商业月球着陆任务,但任务最终着陆失败。2024年1月19日,日本SLIM探测器着陆月球。

图5 日本SLIM探测器

美国发射“赛琪”探测器,

首次详探金属小行星

2023年10月13日,美国成功发射“赛琪”小行星探测器,将全球首次详探金属小行星——灵神星(Psyche),帮助解答有关太阳系行星的起源和形成等基本问题。据此前地面观测的推测,灵神星可能是一颗尚未形成的行星的金属内核,在形成初期与其他的大型天体相撞而失去了岩石外壳,因此研究灵神星对于研究同样由铁、镍等金属元素构成的地球内地核具有重要意义。按计划,探测器将于2029年8月抵达灵神星,并执行为期26个月的科学探测活动。

2 发展特点分析

在轨深空探测任务实现多项里程碑,

并继续取得大量科学成果

截至2023年12月31日,不考虑搭载任务,国外在轨工作或飞行途中的探测任务共有39次,包括41个探测器,其中月球探测器8个,火星探测器8个,小天体探测器4个,金星探测器1个,水星探测器2个,巨行星探测器4个,太阳探测器7个,其他探测器7个。按所属国家划分,美国22个,欧洲8个,俄罗斯1个,日本5个,印度3个,阿联酋1个,韩国1个。2023年,上述在轨的41个深空探测器实现多项里程碑,并继续取得大量科学成果。

任务运行方面,美国“地月自主定位系统技术操作与导航实验”(CAPSTONE)立方星在轨运行正常,实现多项任务目标;毅力号(Perseverance)火星车完成火星氧气原位资源利用试验,证明在火星生产燃料和供航天员呼吸氧气的技术可行性,且效果优于预期;“欧西里斯-雷克斯”(OSIRIS-REx)探测器携带贝努小行星样品成功返回地球,样品研究成果揭示了该小行星富含碳和水的证据;机智号(Ingenuity)火星直升机不断刷新飞行高度和时长纪录;旅行者-1(Voyager-1)探测器与地球失联,创纪录持续了46年的任务或将结束;印度月船-3成功实施月面软着陆和巡视探测;日本HAKUTO-R-M1探测器在着陆月球期间失联,任务失败;韩国“达努里”(Danuri)月球探测器成功抵达月球,拍摄地月图像,并将开展两年扩展任务。

科学成果方面,“詹姆斯·韦伯空间望远镜”(JWST)持续获得极具科学价值的宇宙图像,并取得一系列重要科学成果,包括首次发现木卫二液态海洋中存在二氧化碳;发现系外行星K2-18b的大气层中存在甲烷和二氧化碳;在主小行星带发现迄今为止最小的天体;在新生宇宙中发现大质量神秘星系;发现迄今为止最遥远的、处于活动中的超大质量黑洞;拍摄土星、天王星及卫星的精彩图像等。“帕克太阳探测器”(PSP)发现有关太阳风起源的重要新线索,有助于更好地理解太阳风加热和加速机制。“凌日系外行星调查卫星”(TESS)发现TOI700恒星系统中存在第二颗宜居行星。

在研任务取得稳步进展,

多项技术演示验证取得进展

2023年,国外在研的深空探测任务取得稳步进展。系统技术研发方面,美国“火星采样返回计划”的“火星上升器”研发工作取得里程碑进展,第一级和第二级固体火箭发动机测试均获成功;美国国家航空航天局(NASA)和美国国防高级研究计划局(DARPA)选择洛马公司(LM)为其研发“敏捷地月空间飞行火箭验证”(DRACO)核推进演示验证任务;NASA完成“木卫二快帆”(EuropaClipper)大型碟形高增益天线的安装,开始其首辆无人月球车——“毒蛇”(VIPER)的组装工作;宇宙机器人技术公司(AstroboticTechnology)完成“游隼”(Peregrine)着陆器测试工作;美国私营企业世界之外公司(OffWorld)在欧洲成立分公司,启动太空采矿机器人的研发工作。

各国持续更新空间探索规划,

国际合作更趋广泛和深入

战略规划方面,各国持续更新和完善空间探索规划,全球航天智库陆续发布空间探索相关报告。美国NASA开展修订版《从月球到火星目标》的架构概念审查工作;ESA独立咨询小组提交《太空革命:欧洲空间探索使命》报告,提出欧洲必须大力增加政治支持以及在载人探索方面的投资,并发展独立自主的载人航天运输能力,以确保并促进航天经济的蓬勃发展;英国航天局发布《空间探索技术路线图》,以指导未来10年的空间探索研发活动及投资决策;波兰宣布将在2030年前发射月球轨道器;联合国外层空间事务办公室发布新版《近地天体和行星防御》报告,宣布已发现近地天体的数量超过31000颗;欧洲航天政策研究所(ESPI)发布空间探索价值评估报告,旨在量化欧洲空间探索任务的总体影响。

国际合作方面,截至2023年12月31日,共33个国家或地区加入美国《阿尔忒弥斯协定》(ArtemisAccords);多国从政府层面签署空间探索相关合作备忘录和协议,如美日签署航天合作协议;美澳宣布将开展航天合作,将在澳大利亚建设一座新的地面站,为月球任务提供近连续的通信支持,支撑NASA的“阿尔忒弥斯”计划实施;法日航天局签署小行星样品研究合作协议;葡萄牙与安哥拉签署航天合作谅解备忘录;俄航天高层率团出访非洲;美印将探索包括培训航天员、“商业月球有效载荷服务”等民用航天领域的合作。

3 结语

2023年,全球深空探测活动发展呈火热态势。可以预见,未来在美国“阿尔忒弥斯”载人探月计划、中国国际月球科研站计划等的牵动下,全球月球探测活动将持续高热,不断展露新面孔,持续涌现新规划。未来20年,将有数十次政府月球探测任务以及更多的商业月球探测任务陆续发射,新的地月经济开始出现,载人与无人月球运输、月球科学探索、月球资源利用、月球通信与导航等活动正形成单独的分支。

除地月经济蓬勃发展外,未来全球深空探测活动的探测重点还将向更远天体拓展,目前国外正以火星采样返回等任务为重点,发展前沿探测技术,解决重大科学问题。未来,全球深空探测活动将在寻求各项任务均衡发展、探测目标广泛覆盖的基础上,通过诸如天王星、海王星等更远天体的探测,进一步拓展人类认识宇宙的疆域,实现科学和技术上的颠覆性突破。

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来源:永不落的红黑心

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