卢波 （北京空间科技信息研究所）



2015年全球空间探测发展回顾

2015 Year in Review：Global Space Exploration

卢波 （北京空间科技信息研究所）

2015年，全球空间探测活动稳步推进，特别是美国对太阳系矮行星、小行星的探测实现新的技术突破。2015年7月14日，美国航空航天局（NASA）“新视野”（New Horizons）探测器成功飞越冥王星，成为太阳系探索的里程碑事件，首次获得了迄今最清晰的冥王星图像。而在3月6日，NASA的“黎明”（Dawn）探测器成功进入谷神星（Ceres）环绕轨道，成为世界首个环绕2个独立天体的探测器。

2015年9月28日，NASA宣布在火星表面发现有液态水活动的强有力证据，这一科学发现将对人类未来的太阳系探索、载人探索和地外生命搜寻产生重要影响。

2015年12月3日，欧洲航天局（ESA）成功发射“激光干涉仪空间天线探路者”（LISA Pathfinder，简称“LISA探路者”），是首次在空间轨道对观测引力波所需技术进行测试，有望为未来引力波的空间观测提供精确技术。

2015年12月7日，日本“拂晓”（Akatsuki）金星探测器成功“复活”，通过辅助推力器点火制动进入环绕金星的大椭圆轨道，使日本成为世界第4个成功实施金星探测的国家。“拂晓”还成为目前唯一在轨的金星探测器。

2015年12月17日，中国成功将其首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空。该任务标志着中国空间科学研究迈出了重要一步，其探测成果可能带来人类基础科学研究领域的重大突破。

截至2015年12月底，美国、俄罗斯、欧洲、日本、中国、印度等国家和组织先后发射了237个空间探测器，实现了对太阳系八大行星的探访。目前，全球有29个空间探测器在轨飞行或在星体表面工作。

1 2015年空间探测成果概述

美国“新视野”探测器近距离飞越冥王星

2015年7月14日，美国“新视野”历经9年多、4.8×109km的深空飞行，首次近距离飞越了位于柯伊伯带的冥王星，最近距离约12472km，从而完成了太阳系除地球外原八大行星的探测，标志着人类行星际观测第一阶段任务的完成。此次飞越是人类探索太阳系的里程碑，首次传回了冥王星的高清图片，发现了冥王星北极的冰冠，较为精确地测量了冥王星的直径，并揭示了冥王星富氮大气的高度。2015年8月，NASA确定了“新视野”的下一个探测目标，即太阳系柯伊伯带小天体2014MU69，预计将于2019年1月抵达该天体。“新视野”目前距地球4.9×109km，探测数据的传回预计需要1年才能完成，届时将获得更全面的冥王星特征信息，揭示太阳系更多奥秘。

（详情请看本刊2015年第8期）

美国“黎明”探测器进入谷神星环绕轨道

2015年3月6日20：39：00，美国“黎明”小行星探测器成功抵达谷神星，在距离谷神星6.1×104km处被其引力捕获，成功进入绕谷神星运行的轨道。在2011年7月，该探测器先进入灶神星（Vesta）环绕轨道进行了1年的探测，2012年9月飞离灶神星。因此，“黎明”成为世界首个环绕探测2个独立天体的探测器、首个探测矮行星的探测器和首个探测谷神星的探测器。谷神星原是主带小行星中最大的天体，直径约1020km，国际天文学联合会（IAU）在2006年8月将其升格为矮行星。“黎明”探测器首次实现了对谷神星的高分辨率观测，观测到其表面存在活跃冰层，证实了以前分析的其内部存在大量冰的结论。（详情请看本刊2015年第3期）

各国实施的空间探测任务次数1）

欧洲成功发射“LISA探路者”

2015年12月3日，ESA成功发射“LISA探路者”，运行在距离地球1.5×106km的日地格朗日L1点附近的利萨如（Lissajous）轨道，任务目标是为在空间探测引力波测试相关技术，欧洲科学家将再次向宇宙引力波的探测发起挑战，可谓是空间天文学领域的重要事件。目前，世界发达国家都在推进引力波的探测，美国、意大利、法国和日本等多个国家都建立了千米级的地面激光干涉仪引力波探测设施。但地面引力波探测设施由于受到各类噪声的干扰，迄今为止人类还没有直接探测到引力波。如果将激光干涉仪分开部署在空间中，则可以极大地增加干涉仪的距离，并且减少受到的干扰，可获得比地面引力波探测仪好得多的效果。（详情请看本刊2015年第12期）

欧洲“LISA探路者”探测器构想图

日本“拂晓”金星探测器成功“复活”

2015年，日本在金星探测领域取得突破，成功实现了金星环绕探测，成为世界第4个实施金星探测的国家，而之前只有美国、俄罗斯和欧洲成功实施了金星探测。12月7日，已在空间飞行5年的日本“拂晓”通过辅助推力器点火制动，成功进入440000km×400km的大椭圆金星环绕轨道。目前，探测器在轨运行状态良好，已发回多幅金星图像，并计划于2016年4月正式开始科学探测操作。“拂晓”这次成功入轨，使它成为目前唯一环绕金星运行的探测器。（详情请看本刊2016年第1期）

日本“拂晓”金星探测器

中国成功发射首颗暗物质粒子探测卫星

2015年12月17日，中国成功将其首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空，卫星顺利进入预定转移轨道。该任务标志着中国空间科学研究迈出重要一步。

“悟空”是中国科学院空间科学战略性先导科技专项中首批立项研制的4颗科学实验卫星之一。卫星有效载荷质量1410kg，星上装载的暗物质粒子探测仪器将在太空中开展高能电子及高能γ射线探测任务，探寻暗物质存在的证据，研究暗物质特性与空间分布规律，是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。暗物质和暗能量被科学家们称为“笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云”。暗物质粒子探测是目前国际科学前沿竞争最为激烈的研究领域，目前，中国和世界各国已着手筹建或实施多个暗物质探测实验项目，其成果可能带来人类基础科学研究领域的重大突破。（详情请看本刊2016年第1期）

NASA发现火星表面有液态水活动的强有力证据

2015年，除了新发射的空间探测器，世界主要航天国家在轨飞行的探测器也获得了许多重要的科学发现。其中最引人瞩目的就是，NASA在9月28日宣布在火星表面发现有液态水活动的强有力证据，这一发现将对人类未来的太阳系探索和地外生命搜寻产生重要影响。NASA根据目前在轨运行的“火星勘测轨道器”（LRO）获得的光谱学数据，发现火星表面的“奇特沟壑”很可能是高浓度咸水流经所产生的痕迹，意味着火星表面很可能有液态水活动。早在2011年，“火星勘测轨道器”就在火星火山口附近的斜坡上发现了深色条纹，它会随季节变化，夏季变窄，冬季变宽，符合液态水的变化规律，称为“季节性斜坡纹线”。这一发现意味着火星探测研究又向前推进了一大步，无论是对于寻找火星上的生命，还是未来的载人火星任务，都将产生重要影响。

美国“火星勘测轨道器”在轨飞行示意图

火星上的贾尼（Garni）陨坑坑壁上的季节性坡纹

其他太阳系探索任务的新发现

对月球及其他天体的探测和科学研究也取得了多项进展。2015年8月，科学家通过对NASA“月球大气与尘埃环境探测器”（LADEE）传回探测数据的分析，证实月球稀薄的大气外逸层中含氖、氦、氩等元素。数十年来，科学家一直推测月球大气中含有氖，“月球大气与尘埃环境探测器”数据首次证实了氖的存在。嫦娥－3着陆器2013年12月着陆在月球雨海北部地区，2015年3月《科学》杂志发表了科学家对嫦娥－3着陆器和“玉兔”月球车探测数据的分析成果，发现着陆区表面以下至少分为9层结构，表明有多个地质过程发生，月球地质史要比人们此前认为的更为复杂。

2015年10月，欧洲“罗塞塔”（Rosetta）彗星探测器的科学团队宣布在67彗星喷出的气体中识别出氧分子成分，这一发现很容易让人们联想到生命存在的环境，尽管彗星存在生命的可能性很低。

目前，在轨的“卡西尼-惠更斯”（Cassini-Huygens）土星探测器也在2015年10月成功从土卫二喷泉中穿过，并对其中的物质成分进行了取样分析，尽管成果尚未发表，预计将获得新的科学发现。11月，NASA宣布“卡西尼”探测器在土卫六南极上空探测到一个巨大冰云，该发现暗示土卫六的南极会更冷。“卡西尼”于1997年10月15日发射，是美欧合作的土星探测任务，2004年7月“卡西尼”探测器进入土星轨道，已在轨飞行11年多，预计探测任务可持续到2017年，将发回更多关于土星的信息。

2 空间探测未来规划

空间探测面向太阳系和宇宙空间，能够推进航天技术向更高水平发展，成为主要航天国家竞相发展的重要航天领域。目前，人类空间探测活动进入空前活跃的新发展时期。

火星表面发现有液态水

2015年10月，美国发布了《火星之路—开启太空探索新旅程》战略报告，规划了美国未来深空探索的发展路径和“三步走”战略，即依赖地球阶段、地月空间试验场阶段和不依赖地球阶段，不断开拓集科学探索、技术研发、能力验证和载人飞行为一体的深空探索能力，持续拓展人类在太阳系的活动疆域和生存范围。NASA通过该报告规划了在21世纪30年代末实现载人登陆火星的远期目标，即未来20年NASA将建立以低地球轨道为起点，集“国际空间站”应用、载人登月、小行星重定向、机器人火星探测和载人登陆火星多条路径的灵活、弹性的渐进式一体化架构。该战略规划将地月空间、月球轨道、月球表面和小行星任务等作为未来载人火星任务的必要阶段和技术试验场。

2015年11月，美国总统奥巴马签署通过了《2015年美国商业太空竞争法案》，允许商业公司开采宇宙矿物质和其他物质，包括来自小行星和月球上的资源。该法案的签署意味着商业化的空间探测将迅速成长。目前，国外已有多家公司表示未来将勘探和开发月球。例如，美国比格罗航天公司（Bigelow Aerospace）在2015年宣布，将于2025年前后在月球表面建立多个基地点，通过钻探机器人进行月球资源勘探。

除美国外，俄罗斯、欧洲和日本也表现出对月球及其资源的高度重视。2015年4月，俄罗斯联邦航天局（Roskosmos）局长卡马洛夫表示，俄罗斯将加大航天发展力度，并将月球探测列入未来10年重点发展方向；2015年6月，ESA新任局长沃尔纳宣布，欧洲计划2018年向月球极区发射着陆器，并计划利用3D打印技术最早于2024年开始在月球南极沙克尔顿（Shackleton）陨坑打造月球基地；日本也在4月宣布，2018年将发射小型月球着陆器，验证百米级的精确着陆技术，以用于未来的月球环境探测和资源勘探。