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深空探测:未完成的图景
当中国第一颗探月卫星——“嫦娥”1号迈出深空探测第一步,抵达38万公里外的月球时,美国的“旅行者”1号已经飞出了4万个地月距离,已经到达太阳系的边缘。而另一边厢,日本的“隼鸟”号探测器失而复得,在小行星上成功采样并返回地球,完成了美国也未做到过的壮举。在比月球更遥远的深空探测领域,中国目前还是一片空白。
中国探测器数量远远落后于欧美及日本。美国探测器的最远飞行距离大约是中国的4万倍。

美国四颗正在试图飞越太阳系的探测器:旅行者1号、2号,先驱者10号、11号。

在上一期策划中,我们知道“嫦娥”2号这颗探测器本身已经跻身世界先进月球卫星行列,但以“嫦娥”1号、2号为代表的中国深空探测第一步,是否也迈在了航天列强前列呢?非也——在深空探测的决心与实践上,中国目前严重落后于美国、苏联(俄罗斯)、欧洲、日本。

前苏联:火星探索屡败屡试

苏联第一个发射人造地球卫星之后,美国和苏联都认识到了太空竞赛注定要蔓延到航天的方方面面:人造地球卫星需要竞赛,探月需要竞赛,载人航天需要竞赛,火星金星需要竞赛,寻找外星人也需要竞赛……

除了探测月球,第一个将火箭瞄向更远天体、更深宇宙的,就是自恃火箭技术拥有巨大优势的苏联。

1960年10月1日,苏联为了抢夺“率先探测火星”的纪录,试图向火星发射一颗探测器——“战神”1号,但是发射失败,随后的“战神”2号也发射失败。接下来,准备飞往火星的“人造卫星”22号也失败,“火星”1号失败,“人造卫星”24号失败……

2010年4月天文学家发现了苏联时代“月球车”1号留在月球的反光镜。

从此以后,苏联的深空探测开始和“失败”二字紧密相联,怎么也甩不掉。苏联往火星、金星发射了非常多的探测器,多得让人目不暇接,更让人怜惜,苏联的火星、金星任务几乎每次都失败。

直到1973年,苏联甚至还没找到去火星的道儿。这一年,它又发射了四个“火星”系列探测器,但均遭失败。1988年,苏联又发射了最后两颗探测器,也同样归于失败。之后,苏联解体,苏联(俄罗斯)再也没有触碰过火星。它似乎“五行缺火”,与火星八字不合。

苏联在金星着陆的金星4号。

1959年9月,苏联又发射了“月球”2号,两天后它飞抵月球,成功撞击了月球,是第一个到达月球的人类使者,首次实现了从地球到另一个天体的飞行。

同年10月,苏联“月球”3号飞往月球,三天后环绕到月球背面,拍摄了人类第一张月球背面照片。1966年2月,苏联的“月球”9号抢先在月球成功软着陆,又是人类第一次。

苏联的“金星”7号探测器。

苏联(俄罗斯)后来出版了很多书,回首那段痛苦的深空探索岁月。V·G·帕米诺夫就是其中一位。他是苏联火星、金星探测器的主要设计师,他在一本名叫《通往火星的坎坷之路》中,讲述了苏联在深空探测路上匪夷所思、数量惊人的失败。

归根结底,苏联的技术还是粗糙了些,深空测控网差点意思。但苏联开创、引领、坚持了一个前所未有的人类深空探测热潮。

美国:覆盖整个太阳系

美国对太空高级生命存在非常好奇,他们在“旅行者1号”上的金属碟片留下给外星人的信息。

在深空探测竞赛中,美国不甘落后,与苏联展开了针锋相对的深空探测竞争。苏联人的太空雄心,一再刺痛美国人。美国看到苏联对金星的野心持续不断,格外着急,立即决定兵分两路,在准备登月的同时,拿出一部分人力和财力来探测太阳系行星。于是,NASA喷气推进实验室开始对“徘徊者”月球探测器进行改造,制造出了“水手”系列行星探测器。1962年7月22日,美国宇航局第一颗金星探测器——“水手”1号发射。很不幸,携带探测器的火箭起飞后竟鬼使神差向不该飞的方向飞去,无奈之下,只能被美国空军摧毁了。

细算起来,美国共组织过10次对金星的探测,而苏联进行了32次,欧洲航天局进行了1次。总体上来讲,苏联获得了较多的金星成果,属于百折不挠型。不过,苏联的金星资料我们很少看到。

美国“海盗”探测器拍摄到著名的“火星人脸”。

在火星探测上美国很有感觉。1964年11月,美国宇航局从“水手”计划中抽调“水手”3号进行火星探测。这是美国首次发射的火星探测器,同苏联一样,它也以失败告终。紧接着,“水手”4号也于当月发射,它于1965年7月14日抵达距离火星表面不到9800千米的地方,拍摄了21张火星照片,同时探测到火星大气压还不到地球的1%,终结了所有“火星人”的科幻小说。“水手”4号取得了前所未有的成功。

1975年8月和9月,美国“海盗”1号、2号探测器相继发射,成功在火星表面着陆。通过对火星物质的检验,发现火星上存在生命的可能性几乎为零。不过,这次探测发现了一个日后风靡全世界的东西——火星人脸。

“海盗”火星探测计划之后,美国宇航局预算逐渐吃紧,只得集中全力搞航天飞机和天空实验室,无人探测活动基本不受重视,火星探测被迫停止。没想到,这一停就是17年。直到讨厌载人航天的新局长丹尼尔·戈尔丁上台,才重启火星探测,于1992年9月发射了耗资9.8亿美元的“火星观察者”号探测器。

然而,“火星观察者”太不争气,飞到火星后拍了一张黑白照片便失踪了。火星探索被迫再次中止,又搁置了四年。这期间有阴谋论者认为“火星观察者”根本没有失败,美国宇航局刻意隐瞒了“火星观察者”的目的,它其实是专门去研究“火星人脸”的,并大有收获……对此,美国宇航局则矢口否认。

“火星观察者”失败之后的四年间,又发生了一件令火星探索不能停止的重大事件。

1996年8月,美国宇航局科学家大卫·麦凯宣布,火星陨石ALH84001含有小虫子(微生物)化石。该陨石是美国国家自然科学基金会陨石搜寻小组成员罗伯特·斯科尔1984年在南极捡到的。这就是说,火星上有生命。

这个消息像“火星人脸”一样,立即引起了轩然大波,支持美国宇航局的声音一浪高过一浪。美国宇航局正巧顺势于当年发射了“火星全球勘探者”和“火星探路者”探测器,恢复了对火星的探测。

“火星全球勘探者”是美国宇航局新“火星探索”计划的先遣兵。新出炉的“火星探索”计划要在1996—2005年间每隔26个月(火星每隔26个月靠近地球一次)发射两颗无人火星探测器,最终确定火星上是否存在生命。1996年11月,美国宇航局发射了“火星全球勘探者”,12月4日发射了“火星探路者”探测器。

“火星全球勘探者”一年后进入火星轨道,首次竟然利用太阳能帆板进行了刹车。它利用高分辨率成像系统绘制了火星地图,帮助未来的“精神”号和“机会”号火星车寻找着陆点,为后续的探测器提供中继通信服务。“火星全球勘探者”传回的数据显示火星两极存在大量的冰,甚至可能有液态的水,这预示着生命存在的可能性。“勘探者”异常长寿,至今仍在工作。

美国“火星探路者”号着陆后拍摄的火星全景照片。

美国的“勇气号”火星车。

“火星探路者”经过7个月的飞行,于1997年7月在火星表面成功着陆,然后用遥控火星车进行了考察。

它发回了蔚为壮观的火星全色全景照片,使人类对火星地表景观有了更直观的认识。同时深入研究了火星气候,对火星岩石和土壤也有了初步了解。

1990年,发射“尤利西斯”号太阳探测器,着重对太阳两极进行近距离观测;

1995年,发射与欧洲合作的“SOHO”太阳探测器,着重对太阳活动和日地空间的研究,天文爱好者常用“SOHO”的图片搜寻小行星或彗星;

1998年,发射“深空”1号彗星探测器,该探测器第一次使用离子发动力,既轻便又持久,它先后探测了小行星1992KD、威尔逊-哈林顿彗星、博雷利彗星;

1999年,发射“星云”号彗星采样返回探测器,该探测器耗时五年,终于在距离地球3.8亿千米的太空中与“怀尔德-2”彗星尾部“相撞”,获取了彗星尘土样品,并于2006年1月返回美国,它将帮助研究太阳系起源问题;

2001年,发射“起源”号太阳风探测器,该探测器用高纯度蓝宝石、硅、金和金刚石等制成的收集装置,于发射三个月后采集太阳风粒子样本,2004年9月返回美国;

2002年,发射“等高线”彗星探测器;

2003年,发射“星系演化”探测器,对银河系以外的天空进行第一次紫外线测量,对宇宙中的若干星系的演化进行研究;

2004年,发射“信使”号水星探测器,将对距离太阳最近的行星进行细致的探索,搜集水星地质和大气组成方面的数据;

2005年,发射“深度撞击”号彗星探测器并释放撞击器,成功与“坦普尔-1”彗星相撞,利用撞击掀起的彗星物质进行研究,之后母船继续飞往另一颗名叫“坡辛”的彗星。不过,此次撞击也招来了一场跨国官司。一名俄罗斯女占星家以撞击彗星“破坏宇宙平衡”为由,将美国宇航局告上了俄罗斯法庭,索赔3亿美元精神赔偿。

美国的“新视野”号冥王星探测器。

2006年,发射“新视野”号探测器,目标是行星冥王星及更远的太阳系边缘,但该探测器还在赶路时,国际天文学联合会就开除了冥王星的“行星”资格。“新视野”号速度飞快,现已经飞越木星;

2007年,发射“黎明”号小行星探测器,将对盘踞于火星和木星之间的小行星带,尤其是谷神星和灶神星两颗最大的小行星进行探测,以研究45亿年前太阳系早期的情形和演化过程;

美国的太阳系探索计划,对它航天超级大国的促进,丝毫不比登陆月球来得少。现在看来,对太阳系、对宇宙深处的无人探索是那么必要、恰如其分,甚至载人宇宙飞行都不及。试想派一个机器人到外星球抓一把土拿回地球做研究,与耗巨资、冒大险、派浑身净事儿的地球人登陆拿回的样本有何不同?

出发点为冷战竞赛的美国宇航局,经过这么一折腾,不自觉地拓宽了人类的见识,日后它将秉承此理念,继续走在探索宇宙的前列。

概括而言,美国各方面的技术基础较好,行星际探索成功率要比苏联高,探测也最丰富、有效、震撼,令人叹为观止。

欧洲:“哈勃”太空望远镜为人熟知

欧美与1978年联合发射The International Cometary Explorer。

欧洲不发展载人航天,一开始就十分重视深空探测。他们的原则就是和美国绑在一起做事,取得了很多经验,成果斐然。

1978年12月12日,欧洲和美国联合发射了The International Cometary Explorer,又名ISEE-3号,飞越哈雷彗星,探测了太阳风。1985年7月2号,发射Giotto,再次探测哈雷彗星。

“哈勃”太空望远镜。

“哈勃”太空望远镜拍摄到的经典星云照片。

1990年,和美国联合实现“哈勃”太空望远镜升空,“尤利西斯”太阳探测器发射。

1995年,和美国共同发射“SOHO”太阳探测器。

1997年,和美国联合发射“卡西尼-惠更斯”土星及土卫六探测器。

在取得一定技术和经验积累后,欧洲开始独立操作一些深空探测项目。

2003年,独立发射火星探测器“火星快车”,获得成功。但是随船携带的“猎兔犬2”号着陆器着陆后行失败。

同年,欧洲又独立发射了第一颗月球探测器——SMART-1,取得了成功。

2004年,发射“罗塞塔”彗星探测器,预计2014年到达轨道。

2005年,发射“金星快车”进行探测器。

与此前美苏深空探测相比,欧洲的探测起点很高,定位精准,技术扎实,合作伙伴可靠,成功率是航天大国中最高的,同时它也比较有特点,就是面铺的比较广,对月球、火星、金星、彗星、太阳都有探测,尤其是它和美国合作的“哈勃”望远镜,极大的促进了人类对宇宙的认识。另外欧洲与美国、俄罗斯的关系也是左右逢源,远非中国所能比拟。

日本:成功取回小行星微粒样本

日本“先驱”号彗星探测器。

航天技术总是和军事技术密切相关,日本航天一直在犹疑中前进,也没有国家愿意帮它。一定程度上它也是自主发展。它和欧洲一样,不发展载人航天,很重视的也是深空探测。

1985年,日本先后发射了“先驱”号和“行星-A”两颗探测器,探测了哈雷彗星和太阳风的关系。

1990年,发射“飞天”号月球探测器。

1998年,发射“行星-B”火星探测器,最后入轨火星时失败。

日本的“隼鸟”号小行星探测器失而复得,并采样返回地球。

日本“隼鸟号”带有小行星微粒的返回舱成功着陆,工作人员正在进行回收工作。

2003年,发射“隼鸟”号小行星探测器,这次任务比较有趣,在两颗小卫星失败的情况下,母星亲自降落,一度与地球丧失联系,控制人员宣布任务失败,后来又奇迹复活,破天荒地取到了小行星样本,并于2010年返回地球,降落在澳大利亚。“隼鸟”号取得的成就包括利用耗能低的离子引擎,电离氙气喷射提供动力,实现了长距离运行;近距离的拍摄了小行星的照片,研究了小行星结构,以及从小行星上抓取了岩土样本等,但是对样本的研究目前尚未有重大的科研进展的消息传出。

2006年,和美国合作,发射“日之出”太阳探测器。

2007年,赶在中国之前,发射“辉夜姬”月球探测器。

可见,日本在深空探测上相当有建树,和欧洲水平相当,已经远远地将中国、印度抛在了后面。

中国的火星探测:搭俄罗斯“便车”

中国第一颗火星探测器“萤火一号”外观效果图。

作为日本的紧邻,此前中国因为航天事业重心和他国不一样等原因,深空探测一直没怎么开展起来。直到今天的嫦娥一期工程才算迈出了深空探测第一步。

从“嫦娥”2号的技术水平来看,中国的探月水平上升很快,但是更长远的深空探测计划不明朗。只有一颗小卫星“萤火”1号打算跟随俄罗斯的火星探测器“福布斯”飞赴火星。

“萤火一号”是中国自行研发制造的首个火星探测器,身长、身宽均为75厘米,身高60厘米,太阳能帆板张开时为7.85米,体重110千克。而美国“勇气号”、“机遇号”为180千克,今年美国计划发射的新型火箭车体重达600千克,与它们相比,“萤火一号”是火星探测器家族中名副其实的“小个子”和“轻骑兵”。

承担发射任务的“天顶”号运载火箭,将中俄联合探测器送至圆形地球停泊轨道;在停泊轨道上飞行2圈后将转移到过渡椭圆轨道上,飞行1圈后被送入地火转移轨道;探测器在转移轨道上经过10—11个月的巡航段飞行后到达环绕火星轨道。

约3.8亿公里的行程中,“萤火一号”主要将带“四大件”探火星——等离子体探测包、光学成像仪、磁通门磁强计、掩星探测接收机,还有两台摄像机。“萤火一号”将开展如下目标任务:探测火星的空间磁场强度、电离层和粒子分布及其变化规律;探测火星大气离子的逃逸率;探测火星地形、地貌和沙尘暴;探测火星赤道区重力场;探测火星上水的消失机制等。

但是俄罗斯(苏联)在火星的失败记录令人忧心,该计划也被推迟。至于金星探测、水星探测、木星探测……对中国人还是影子。2010年,当日本的“隼鸟”号小行星探测器失而复得,并采样返回地球时,给了中国航天人一个激励。中国深空探测计划必须要长远考虑了,否则,面对的就是落后。中国必须勇于面对挑战。

结语

2007年11月6日,当中国第一颗探月卫星——“嫦娥”1号迈出深空探测第一步,抵达38万公里外的月球,最远完成了1个地月距离时,美国的“旅行者”1号已经飞出了4万个地月距离,目前已经到达太阳系的边缘——这就是中美深空探测上的巨大差距。从某种意义上讲,中国的探测器什么时候能够追上美国“旅行者”1号的成就,中国才真正地赶上了美国。

当然,侧重点不一样,中国一直将有限的资金用在载人航天、月球探测及其他民用航天项目上,当然还有地面更重要的各种民生工程,一直未能腾出空来好好琢磨更深更远宇宙探索。然而,未来航天趋势是什么,究竟什么样的航天活动才能获得真正的关注与支持,获得真正的魅力,获得经济动力,值得中国思考。

综合实力:★★ (文/龚钴尔

 
 

第一期 大推力火箭之梦

虽然中国的运载火箭虽然可靠性比较高,发射纪录良好,但从运载能力来看仍与欧美火箭强国存在相当差距。

第二期 低纬发射,始于文昌

2013年海南文昌发射基地建成后,中国将拥有极具竞争力的低纬度发射优势,并有望藉此在发射场地这一领域上超越俄罗斯。

第三期 探月谱上的排名

目前中、日、印等国的探月水平基本处于同一起跑线。这使得国家意志在“谁率先载人登月”上将起到决定作用。

第四期 深空探测“未完成”

当中国开始探月时,美国的“旅行者”1号已经接近到达太阳系的边缘。比月球更遥远的深空探测,中国仍一片空白。

第五期 神舟接班航天飞机?

当美国航天飞机退役后,中国的神舟飞船可能成为俄罗斯“联盟”号与“进步”号飞船执行飞往国际空间站任务的候补力量。

第六期 宇航员培训学苏俄

中国曾经派出航天员到俄罗斯进行学习,并租用俄罗斯的设备进行失重实验,这些航天员后来成为了中国航天员的教员。

第七期 构筑“天宫”

中国即将成为世界上第三个独立发射组装空间站的国家。但“天宫一号”从结构上仅与上世纪70年代苏联的礼炮号类似。

第八期:中国航天体制仍处转型期

中国航天由于长期受苏联模式和计划经济影响,体制上仍然处于转型期,种种航天机构呈现相当分散的局面,且对民众过于封闭。

第九期:航天民用,有名无实?

在中国人能享受到的航天科技成果中,绝大部分是国外的成就。市场上很多号称源自航天的商品,大多只是商家的自我包装。

第十期:火星,2030

美国人在2030年之后有望登陆火星。到时,中国的国力和科技实力若是允许,可能也会和美国形成竞争。如果不是竞争,那一定是合作伙伴。