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1、第五讲 深空探测概述内容提要 5.0国际空间探测主要历史 5.1深空探测概念 5.2深空探测的历史使命（目的） 5.3深空探测的对象 5.4深空探测技术及平台 5.5深空探测未来发展 5.6深空探测发展计划图345 20世纪人类最伟大的成就之一就是开拓了“空间”这一人类活动的新领域。人类终于摆脱了地球引力的束缚,进入太空,并利用太空开辟了空间科学及应用领域,特别是有力地发展了空间探测技术,开展了以地球探测为中心,包括载人航天及深空探测等一系列空间探测活动。空间探测是造福全人类的。（姜景山 院士）65.0国际空间探测主要历史事件回顾 1957年10月4日前苏联发射了人类第一颗人 造卫星SPUTN
2、IK-1号,宣告了人类进入太空时 代。 1960年4月美国发射的泰罗斯(TIROS)卫星(电 视与红外观测卫星)标志着人类对人造卫星的 应用已经从对地观测开始； 1961年4月12日前苏联航天员加加林乘坐东 方号(VOSTOK)首飞太空,使人类真正走出了地 球的摇篮； 1965年7月15日美国水手4号(MARINER4)飞船 飞近火星,获取部分火星表面照片; 7 1969年7月24日美国航天员阿姆斯特朗乘坐Apollo11号飞船登月成功,迈出了人类历史性的一步； 1959年到1967年,前苏联陆续发射多颗月球探测器,成功获取月 球背面图像,制作了详细的月貌图,并以前苏联科学家、城市和研 究机构
3、名字命名了许多可见构造。1968年公布的1: 1 000 000月貌图,得到了国际天文学联合会的批准,成为国际标准； 1989年10月美国发射伽利略号(GALILEO)飞船。在经过6年的太空旅行后,于1995年12月飞入绕木星轨道,并对木星及其卫星 进行了7年的详尽探测; 2004年美国的勇气号(SPIRIT)和机遇号(OPPORTINUTY)火星探测器成功登陆火星表面,对火星地貌、大气、地质构造进 行的研究表明火星上没有发现存在液态水和高等生命.8总结 近50年,人类以地球探测为重点,累计发射成功8 000余颗卫星,目前约有2 000余颗在地球轨道飞行。 300余颗是对月球、太阳系的所有行星
4、和部分行星卫星、彗星和小行星进行探测,其中约50%是对月球进行探测,其次是探测金星、火星的任务，各占约20%。9 中国的深空探测计划 2007年10月24日,中国首颗探月卫星嫦娥1号承载着中华民族 千年的奔月梦想从西昌卫星发射中心发射升空, 11月5日准确进 入月球轨道。 2009年中俄联合进行火星探测,由俄罗斯火箭将中方的火星探测 器萤火1号和俄方的采样返回式探测器火卫1号-Grunt一同送入 飞往火星轨道的旅程。萤火1号重约110 kg,携带高精度磁强计、 等离子体探测包、掩星探测接收机和CCD光学相机等有效载荷, 寿命2年,运行于近火点约800 km,远火点80 000 km的椭圆形轨
5、道上,对火星的空间环境进行探测。 “夸父计划”拟定在2012年进行发射,由三颗卫星组成。A星在距 地球1. 510km的日地连线拉格朗日L1点上,用来全天候监测太阳活动的发生及其伴生现象。另两颗B1和B2在地球极轨大椭圆轨道上飞行,用来监测太阳活动对地球近地空间环境的 影响。其有效载荷包含EUV/FUV成像仪、日冕动力学成像仪、射电爆发监测仪、太阳风仪器包、太阳高能粒子探测器等。10 磁层-电离层-热层探测计划(简称MIT计划)是国际上首个把磁层-电离 层-热层作为一个整体来研究的空间探测计划。 该计划利用小卫星星座系统,探测电离层上行粒子流发生和演化对太阳风直接驱 动的响应过程,研究来自电离
6、层和热层近地尾向流在磁层空间暴触发过程中的重 要作用,了解磁层空间暴引起的电离层和热层全球尺度扰动特征,揭示磁层-电离 层-热层系统相互作用的关键途径和变化规律。 MIT计划由4颗小卫星组成, 1颗运行于远地点25个地球半径、近地点3个地球半径 的大椭圆近赤道轨道上,称为太阳风探测器; 1颗运行于远地点7个地球半径、近地 点1个地球半径的大椭圆极轨轨道上,称为磁层探测器;还有2个卫星运行于远地点 1 000 km,近地点500 km的椭圆极轨轨道上,轨道面相互垂直,称为电离层-热层探 测器。 太阳极轨射电望远镜计划(solar polar orbit radio telescope,简称SPO
7、RT计划) 。SPORT计划的主要科学目标为: 1)利用运行在太阳极轨轨道上的行星际CME射电成像仪,居高临下连续跟踪监测 日冕物质抛射事件从太阳表面到地球轨道处的传播和演化; 2)揭示太阳风暴在日地行星际空间的传播规律,建立行星际空间天气物理模型和 预报模型,研究太阳风的加热、加速和在高纬区的超径向膨胀,确定太阳角动量的 分布和总输出; 3)获得米波段宇宙射电背景图。 中国的深空探测活动刚刚起步,在行星际飞行技术、深空导航与测控技术、 探测器着陆与巡视等方面基础薄弱,有待大力发展和技术突破。115.1深空探测概念 深空探测, 就是脱离地球的引力场, 进入太阳系空间, 甚至对宇宙空间的探索。
8、深空探测又称宇宙航行, 包括空间探测器在太阳系内的行星际空间航行航天和太阳系外的恒星际空间航行航宇。这里所谓“深空”是指距地球等于或大于地月距离38.4万km的空间。 深空探测的4个重点是月球探测、火星探测、巨行星探测、小行星及彗星探测。12 欧阳自远，院士 布热津斯基访 华，由华国锋主 席将“阿波罗-17”月球岩石样品交 给欧阳。135.2深空探测的历史使命 深空探测是利用宇航科技到地球大气层之外或更远的星际空间去丰富和完善人类对天体运动和宇宙构造的科学认知, 研究和验证关于太阳系起源以及演化的假设与理论, 预报和规避由日地空间各种现象和过程而突然爆发的地球灾难, 开发和利用宇宙空间和当地资
9、源以至进行地外生命搜寻和地球生命迁移, 在宇宙层面上保障地球生命和地球文明世世代代的可持续发展。145.3空间探测的五大目标（NASA） 地球气候的监测 小行星的防范 新生命的寻找 对行星起源的解释 冲出太阳系155.4深空探测技术平台 轨道空间站和太空望远镜 各种探测飞行器5.6深空探测发展计划图 美国 欧盟 日本 俄罗斯 其它（中国，印度，韩国）17 5.6.1 美国-空间探索计划 2005年9月19日美国国家航空航天局(NASA)正式出台“空间探索计划”,确定了2006-2016年的战略目标和2016年以后的远景展望。182006-2016 (1)开展天基地球研究; (2)认识太阳及其影
10、响; (3)增加有关太阳系历史、地外生命存在可能性、探索空间面临的灾害和资源的知识; (4)发现宇宙的起源、结构、演化和命运并寻找类地行星; (5)增加航空知识、发展技术和增强能力; (6)认识空间环境对人类行为的影响、试验新技术、保障人类长期进行空间探测。19 2016年以后的远景展望主要包括:从月球迈向火星、航空、认识太阳系和探测宇宙终极和寻找类地世界.202005年9月NASA公布了2015-2025年深空探测的路线图21欧洲航天局(ESA)“曙光”计划路线图21世纪欧洲的深空探测战略主要是对太阳系和适宜移居的星球进行探测,共分三步走:第一步是于2010年前向火星发射无人自动探测器;第二步是在2020-2025年向月球发射载人飞船;第三步是在2025-2035年向火星发射载人飞船。22日本宇航研究开发机构(JAXA)深空探测路线图23 2007年8月,俄罗斯政府公布了“2006-2040年远期航天发展规划”。 俄罗斯航天局局长佩尔米诺夫在谈到载人空间探测时指出,俄罗斯计划2015年前主要完成“国际空间站”俄罗斯舱的建设,2025年实现载人登月,2028-2032年间建立一座有人居住的月球基地;2035年后开展载人登陆火星任务。俄罗斯航天计划的经费只有美国航天计划经费的不到10%,但其仍然保持着勃勃雄心.
