1.2 深空探测发展概况

迄今为止，已独立或合作开展深空探测活动的国家和组织主要有美国、苏联/俄罗斯、欧洲航天局（ESA）、日本、中国和印度。这些国家和组织先后发射了约241个深空探测器，实现了对太阳系八大行星和部分小天体的探访，详见表1-1。已探测的太阳系天体有月球、火星、金星、水星、木星、土星、天王星、海王星，以及小行星和彗星等；实现了月球、火星、金星、土卫六、小行星和彗星着陆，并完成了月球、小行星及彗星粒子采样返回，有的探测器甚至正在飞出太阳系，开始进入外太阳系。

1.2.1 国外深空探测发展概况

美国于1960年率先开展深空探测，实施的深空探测任务最多。美国在20世纪60—70年代完成了载人登月的壮举后，停止了月球探测活动。直到1994年，再次重启探月活动，并发射了“克莱门汀号”（Clementine, 1994）、“月球勘探者号”（Lunar Prospector,1998）、月球勘测轨道飞行器（LRO,2009）、月球环形山观测与感知探测器（LCROSS,2009）、重力回溯及内部结构实验室（GRAIL,2011）、月球大气与尘埃环境探测器（LADEE,2013）。除月球探测任务外，美国参与实施63次深空探测任务（独立开展任务57次，国际合作6次）；任务成功率最高，48次成功或部分成功，成功率达到86%；飞行距离最远，其1977年发射的“旅行者1号”已经飞行40余年，飞离地球200多亿千米；探测对象覆盖最全面，是迄今为止唯一对太阳和七大行星开展过探测的国家，唯一实现了水星、木星和土星环绕探测，唯一飞越天王星、海王星、冥王星，唯一探测谷神星和灶神星。总体上，美国在深空探测方面取得的科学成果最丰富，技术能力处于国际领先地位。

俄罗斯在月球、金星和火星探测方面发射次数多，探测方式多样，取得了瞩目成绩，但绝大多数探测任务均集中在冷战时期。随着2012年“福布斯-土壤”任务的失利，俄罗斯开始全面审视其深空探索计划，以期在未来的航天活动中取得进展和突破。目前，俄罗斯无人月球探测规划了“月球资源”（Luna-Resource）和“月球全球”（Luna-Glob）任务，具体包括“月球全球着陆器25号”（Luna-Glob lander（Luna-25））、“月球全球轨道器26号”（Luna-Glob orbiter （Luna-26））和“月球资源着陆器27号”（Luna-Resurs lander（Luna-27））等探测器。俄罗斯航天局当前正在建造“月球25号”（Luna-25）着陆器，旨在对未来建立月球基地进行位置评估。火星探测方面，俄罗斯参与或独立实施的任务有“火星生物学”（ExoMars）任务，以及2020年以后实施的福布斯-土壤-2 （Phobos-Grunt-2）火卫一采样返回任务。

ESA在1985年以飞越哈雷彗星为起步，通过与美国深度合作，深空探测能力迅速提升；所实施任务不多，独立实施5次任务，均取得成功，达到了很高的水平，成功实现了金星和火星环绕，并实现彗星附着，其火星和彗星任务飞行时间都在10年以上。此外，由于各成员在多项科学载荷的研制方面国际领先，许多载荷搭载在美国、俄罗斯、日本等国的探测任务中，获得了非常丰富的研究成果。ESA在2004年发布了“曙光”深空探索专项计划，其长远目标是载人火星飞行。“曙光计划”的旗舰任务包括在火星表面着陆并进行生物学研究的“火星生物学”、月球着陆任务和火星采样返回任务。目前，火星生物学第一阶段任务已执行完毕，第二阶段任务是向火星发射俄罗斯研制的着陆平台和ESA研制的火星车，核心任务是利用火星车携带的钻探工具和仪器对火星土壤进行钻孔分析，计划2020年发射。

日本也在1985年开始深空探测活动，已实施8次任务，其中4次小天体探测，最早实现从小行星取样返回；但在行星探测方面屡屡受挫，仅有一次的火星和金星探测均失败。总体上，日本发展的重点是实施多类型小行星的取样返回任务，不断发展新技术，以保持在小行星探测领域的优势地位。

印度在2008年发射的“月船-1”实现月球环绕探测，开启了印度深空探测的序幕。2013年11月发射“曼加里安”（Mangalyaan）火星探测器，2014年9月探测器成功实现近火制动，最终进入火星轨道。随后印度的太阳系探索思路逐渐开阔，将目标转向金星、太阳，此外，未来还将对月球和火星进行深入探索，实施月面软着陆和巡视探测。计划在2020年发射第二颗火星轨道探测器。

1.2.2 我国深空探测发展概况

探月工程（也称为嫦娥工程）包括一、二、三期工程，分别以环绕月球实现全局探测、在月面软着陆并巡视开展精细探测、在月球表层采集样品并带回地球进行实验室研究为核心目标。我国第一个月球探测器“嫦娥一号”于2007年11月成功环月探测，获得了大量月球科学探测数据，绘制了当时世界上已公布的最为清晰、完整的月球影像图（见图1-1）;2010年10月，“嫦娥二号”探测器作为探月工程二期任务的先导星，完成了预定多项技术验证目标，在拓展任务阶段近距离飞越探测图塔蒂斯小行星并获得其清晰影像（见图1-2），通过一次任务完成了月球、日-地L2点、图塔蒂斯小行星的多目标探测；2013年12月14日，“嫦娥三号”探测器成功着陆在月球虹湾地区（图1-3、图1-4分别为月面两器互拍获得的着陆器和巡视器图像）, “玉兔号”月球车行走的车辙印在了月球表面（见图1-5），探测器在月面开展了“测月、巡天、观地”等探测，获得了大量科学数据，标志着探月工程第二步战略目标的全面实现。2014年11月1日，“嫦娥五号”高速再入试验任务的返回器在内蒙古四子王旗地区顺利着陆（见图1-6），标志着我国月球探测领域技术的又一次重大进步。经过近60年的航天工程实践，特别是探月工程一期、二期和三期再入返回飞行试验任务实施以后，我国基本掌握无人月球探测工程技术，建立起较为完整配套的深空探测研究、设计、生产、试验和应用体系，推动月球科学研究的进一步发展，为载人登月和深空探测等航天活动奠定了一定的技术、物质和人才基础，具备了基本的深空探测能力。

探月一、二、三期工程仅仅是我国月球探测的开始，在已有探月工程的基础上，还将以月球科学探测和月球资源利用为牵引继续实施月球探测后续任务。月球后续任务的第一步已经明确，即“嫦娥四号”任务。“嫦娥四号”探测器包括着陆器、巡视器和中继星，突破地月系L2平动点轨道精确设计与控制、地-月L2点远距离数据中继、复杂地形环境条件下的高精度着陆、同位素温差发电和月夜工作等关键技术，实现在月球背面软着陆并开展探测活动，任务效果如图1-7所示。

我国首次火星探测任务已经开始实施，计划于2020年发射，2021年环绕、着陆火星。其工程目标为：突破火星制动捕获、火星进入着陆、火星表面巡视、长期自主管理、行星际测控通信等关键技术，通过一次飞行任务即实现火星环绕探测和巡视探测的目标，获取自主火星探测工程和科学数据。科学目标为：通过环绕与巡视探测，实现对火星表面形貌、火星土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等科学探测。

2016年，《中国航天白皮书》为未来我国的深空探测描绘了蓝图，其提出：开展火星采样返回、小行星探测、木星系及行星穿越探测等的方案深化论证和关键技术攻关，适时启动工程实施，研究太阳系起源与演化、地外生命信息探寻。

1.2.3 深空探测的发展趋势

纵观国际上深空探测的历程，归纳主要有以下几个特点和趋势：

1．探测对象多元化

人类对太阳系的探测，是从探测地球的卫星——月球开始的，逐渐开展邻近的行星——火星与金星的探测，以及太阳的探测。20世纪70年代，逐步开展了太阳系其他行星的探测，以及全太阳系的空间观测。80年代以来，开始探测太阳系的各类小天体——彗星、火卫一、小行星、土卫六。进入21世纪后，人类探索宇宙起源与演化、寻找地外生命、拓展活动空间的需求越来越迫切，各主要航天国家制定了宏伟的深空探测规划，首次开展了对冥王星的探测，同时，对太阳系各层次天体和行星际空间持续开展了更深入的探测，进入了人类全面与精细探测太阳系的新时代。

2．探测方式多样化

深空探测一般采用飞越探测、硬着陆探测、环绕探测、软着陆就位探测、软着陆巡视探测、无人取样返回与载人登陆等方式。其中，月球探测经历了上述各种探测方式；火星探测实现了飞越、环绕、软着陆就位探测和软着陆巡视探测；太阳探测实现了定点与多点观测、高轨环绕探测；金星和土卫六进行了飞越探测、环绕探测与软着陆就位探测；木星及其伽利略卫星的探测实现了飞越和环绕探测；小行星和彗星目前也正在开展附着和采样返回探测。

3．探测手段不断扩展

深空探测器从初期的以可见光遥感探测为主，逐渐扩展到γ射线、X射线、紫外、红外、微波和无线电波的整个电磁波谱；无论是影像还是成分探测，时空分辨率越来越高；分析手段也从遥感分析、就位分析到返回样品的实验室分析，使人类对太阳系的了解得以逐渐深化，并在此基础上发展了日地物理学、行星科学和比较行星学，从而进一步深化了对行星与地球共性和特性，以及太阳对其他行星包括地球的影响的认识。

4．探测内容不断丰富

深空探测的内容从早期的天体环境和地形地貌探测、物质成分探测，逐步发展到对天体内部结构的探测；从早期的单一目标探测，逐步发展到多目标、多任务综合性的整体探测。在深空探测科学成果越来越丰富的同时，又催生了更多的新的科学问题，形成了新一轮探测活动的科学目标，使人们对太阳系的认识呈螺旋式发展和不断提高。

5．国际合作更加广泛

深空探测活动从早期美苏争霸到目前多极竞争，其国际合作特点日趋鲜明。如1997年发射的至今规模最大、复杂程度最高的“卡西尼-惠更斯号”土星探测器，就是由美国、欧洲国家联合开展的；欧洲的“金星探测者计划”，也是一个以欧洲、俄罗斯、美国、日本和加拿大联合开展的国际合作计划。深空探测是人类共同的目标，且往往任务复杂，因此，国际合作已经成为不可或缺的要素。