材料一:
探测深空需要脱离地球引力场,进入太阳系空间和宇宙空间。1988年10月,世界无线电管理大会(WARC)ORB-88会议确定将深空的边界修订为距离地球大于或等于200万千米的空间,国际空间数据咨询委员会(CCSDS)在其建议标准书中也将距离地球200万千米以远的航天活动定义为B类任务(即深空任务);我国则将月球探测作为了深空探测的起点。
深空探测的主要研究对象包括空间和天体两部分,一般由近及远:月球是起点和前哨站;火星是月球之后的又一个探测热点;小天体探测日益受到重视;多目标多任务探测是深空探测的一种重要形式;对太阳系中心天体太阳的探测活动一直未曾间断过;火星和金星之外的大行星及其卫星探测活动任重道远。
探测方式上,一般包括飞越、硬着陆(撞击)、环绕、软着陆(+巡视)、无人采样返回、载人探测等形式。近年来出现的两个新趋势:对同一探测对象采取多种探测形式交替进行的方式;在一次任务中多种探测手段组合实现综合探测。
深空探测的深度与广度直接取决于一系列关键技术的突破和支撑,这些关键技术包括深空轨道设计与优化、自主技术、能源与推进、深空测控通信、新型结构与机构、新型科学载荷技术等。其中轨道设计与优化技术包括多体系统能量轨道设计与优化技术及不规则弱引力场轨道设计与优化技术等;自主技术包括自主任务规划技术、自主导航技术、自主控制技术、自主故障处理技术等;新型能源与推进技术包括核能源技术、电推进技术、太阳帆推进技术等。
深空探测意义重大,一是有利于促进对太阳系及宇宙的形成与演化、生命起源与进化等重大科学问题的研究,从而进一步明确人类航天活动的重要方向;二是有利于推动空间技术的跨越式可持续发展,从而不断提升人类进入太空的能力;三是有利于催生一系列基础性、前瞻性的新学科、新技术,从而促进一系列相关科学技术的发展;四是有利于培养和造就创新型人才队伍,从而推动人类社会可持续进步。
(摘选自《科普中国·科学百科》)
材料二:
据统计,至今全球火星探测成功率大约为40%,在过去的50多年里,有6个国家和组织发起了44次火星探索计划,但只有8次真正实现了火星着陆,火星甚至一度被航天界称为“航天器的墓地”,原因在于火星探测工程难点众多。
在中国航天科技集团五院深空探测和空间科学首席科学家、中国科学院院士叶培建看来,我国首次火星探测任务实为“弯道超车”。他表示,我们若想实现超越,需要利用现有的技术实现“两步并成一步走”,一次发射实现环绕、着陆、巡视3个目标,这是其他国家火星探测任务从来没有过的,这一跨越式方案将成为全球首次。当然,面临的挑战也是前所未有的艰巨。事实上,我国很早就开展了相关研究。这次火星探测任务没有简单重复其他国家火星探测的老路,起点设置很高,体现了我国航天技术的发展水平,以及航天工程技术人员的自信。
国家航天局称,中国行星探测工程作为一个整体概念,以“天问系列”命名,也使用同一个主标识”揽星九天”。这意味着,中国已将行星探测计划进行整体规划,火星只是第一步。据了解,我国后续深空探测工程初步明确了4次任务。第一次任务是在2020年7月发射火星探测器,预计经过10个月的飞行,2021年到达火星。其后,计划在2028年左右进行第二次火星探测任务,采集火星土壤返回地球。我国还将进行小行星探测,并在2030年前后开展木星系探测和其它行星系探测。
(摘自杨戈《雄心更在深空外》,《科学中国人·下旬刊》2020年5月)
材料三:
“嫦娥”五号将实现四个重大首次突破。
“嫦娥”五号计划在月面采集2千克样品,并且是通过两种方式获得月壤。一种方式是利用钻取器,获取深度为2米的月球样品。另一种方式是用机械臂的电铲铲取月壤,取得月球表面具有独特信息的月球样品。获取的样品必须尽量保持原样,不能破坏其层次结构。此外还要在月面真空环境下完成样品封装,并带回地球,整个环节必须分毫不差。
本次任务的核心是返回,月面起飞是最关键的技术突破。完成月面采样后,“嫦娥”五号的上升器要从月面起飞,摆脱月球引力抵达环月轨道。上升器只能进行短距离的飞行,因为它携带的燃料有限,不可能直接飞回地球,只能到达在月球轨道飞行的轨道器,由轨道器携带返回器完成接下来的行程。这是一项十分复杂的新技术,相当于在月球上发射一个火箭,要实现自动发射,需要许多关键技术的突破。
在月球采集的样品被送入月球轨道后将与轨道器对接,它们的对接将是“针尖”对“针尖”的对接,而这种对接在距离地球38万千米外的月球轨道上进行,地球上无法看见,也根本无法提供数据和测控支持,完全由事先植入的人工智能来完成,比“天宫一号”和神八、神九、神十的无人交会对接难度更大。
与“神舟”飞船回家时一头扎进大气层不同,“嫦娥”五号返回地球的速度非常快,将达到11.2千米每秒的第二宇宙速度,以这样的速度进入大气层,势必会因为高温而被烧毁。要控制它减速至7.9千米每秒的第一宇宙速度进入地球轨道,乃至最终安全返回到指定地点,这些都有很大难度。
(选自《“嫦娥”五号的四个首次突破》,《文萃报》2020年第40期)