深空探测概况

第一章深空探测概况1.1深空探测成为热点美国将重新登月，并计划前往火星中国“嫦娥”一号俄罗斯、欧洲、日本、印度等也有各自的计划1.2深空探测的含义对太阳系内除地球以外的行星及其卫星、小行星、彗星等的探测，以及太阳系以外的银河系乃至整个宇宙的探测1.3深空探测的目标利用空间资源扩展生存空间探索太阳系和宇宙的起源和演化为人类的可持续发展服务1.4深空探测的意义地球如何起源与演变行星和太阳系究竟是如何形成和演化人类是不是宇宙中唯一的生命地球的未来将如何从现实和长远来看，对深空的探测和开发具有十分重要的科学和经济意义。深空探测将是21世纪人类进行空间资源开发与利用、空间科学与技术创新的重要途径。1.5深空探测的主要方式飞越探测环绕探测硬着陆探测软着陆探测载人探测1.6深空探测活动的构成深空探测器系统：有效载荷、结构、电源、热控、测控、数管、推进、GNC运载火箭系统发射场系统：测试、发射测控通信系统：跟踪、测量、控制地面应用系统1.7深空探测器与人造卫星技术区别能源、通信、导航与控制1.8深空探测的历程共发射月球及月球以外的探测器二百多个内行星探测外行星探测小天体探测太阳探测NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)美国宇航局，美国负责太空计划的政府机构，拥有最先进的航空航天技术，它在载人空间飞行、航空学、空间科学等方面有很大的成就。它参与了包括美国阿波罗计划、航天飞机发射、太阳系探测等在内的航天工程。为人类探索太空做出了巨大的贡献。NASA职责美国宇航局执着于探索，美国宇航局执着于发现，美国宇航局努力寻找问题的答案为了这个目标，遍布世界数以万计的人，用50年的时间，试图给出一些基本问题的答案： 宇宙深处有甚？ 我们怎么才能到那儿？ 在这探索中怎样才能使我们的生活更美好？1.8深空探测的历程JPL，美国宇航局喷气推进实验室JPL从称呼上看只是一家实验室，但其员工总数却超过5000人，仅华裔科学家就有300多人，美国所有的太空无人探测研究都在这里完成。曾经或至今仍在管理的太空计划探索者计划水手计划先锋计划3和4旅行者计划麦哲伦计划伽利略计划深空1和2火星全球探测者火星气象卫星“卡西尼惠更斯”星尘计划火星奥德赛计划火星探路者计划火星漫步者计划火星探测轨道卫星“深度撞击”趣闻：喷气与推进实验室主要坐落在拉肯纳达市，总占地面积约为72公顷。但是实验室的大门及一些办公楼却坐落在帕萨迪纳，所以它也就保留了帕萨迪纳的地址。1.8深空探测的历程1.8深空探测的历程月球探测1959年1月2日，前苏联发射了月球1号探测器。月球1号从距离月球表面5000多千米处飞过，并在飞行过程中测量了月球磁场、宇宙射线等数据，这是人类首颗抵达月球附近的探测器。1969年7月16日至24日，人类完成了首次登月任务。3名美国航天员乘坐的阿波罗11号飞船于7月20日在月面静海区着陆，人类的足迹第一次印在了月球上。1.8深空探测的历程月球探测1990年1月24日，日本发射了飞天号探测器，该探测器的主要任务是验证借助月球引力的飞行技术和进入绕月轨道的精确控制技术，飞行中飞天号还释放了绕月飞行的微型羽衣号探测器。1994年1月21日，美国发射了克莱门汀号探测器。该探测器在对月球南极进行探测时，首次发现月球南极可能存在水的直接证据。1998年1月7日，美国发射了月球勘探者环月探测器，它的主要任务是寻找月球上的水。月球勘探者号完成绕月探测使命后，高速撞向月球上可能存在水冰的区域，以便通过巨大撞击能量产生水汽云，以进一步证明水的存在，但最终地面和太空中的望远镜都没有观测到期待的水汽云。2003年9月，欧洲成功发射了它的第一颗月球探测器--智慧1号，标志着欧洲探月活动正式开始。智慧1号2005年3月进入预定的环月轨道，2006年9月3日撞击月球优湖地区，在此期间取得了丰富的科学成果。该探测器采用了太阳能电火箭等多项新技术2007年9月日本发射“月亮女神”(SELENE)。“月亮女神”共携带荧光X射线分光计、月球雷达测深器等14台观测仪器，这些仪器可探测月球表面元素和岩石的分布、月球重力场分布以及到达月球表面的宇宙射线等，帮助专家揭示月球的诞生和演化之谜。2007年10月，中国发射“嫦娥一号”。2008年4月，印度发射“月球初航1号”(Chandrayaan-1)。“月球初航1号”重590公斤，并携带“冲击者”登月舱。除此之外，“月球初航1号”将携带NASA的两个科学装置：一个是微型合成孔径雷达，负责探测月球极地的冰质沉积；另一个是月球矿物测绘仪，负责评估月球上的矿物资源。2009年，美国LRO和LCROSS探测器。在月球表面发现了“大量水冰”，从而为人类重返月球甚至是在月球建立太空远航基地带来希望。据悉，这些冰块存在于月球表面“永远见不到阳光的陨石坑内”。1.8深空探测的历程月球探测全世界进行过月球探测的国家和地区有美国、前苏联/俄罗斯、欧洲和日本。已经开展月球探测活动123次，其中美国56次、包括10次载人月球探测，成功37次，失败19次，成功率66%。俄罗斯64次，成功21次，失败43次。欧洲1次，日本2次，中国和印度各一次。重返月球的动力：重返月球是社会发展的需求重返月球是科学和技术发展的需求重返月球是空间科学技术发展的需求重返月球是空间军事活动发展的需求月球蕴藏有丰富的矿产资源和能源月球探测的趋势与前景：未来的月球探测将主要侧重于：①月球能源资源的全球分布与利用；②月球矿产资源的全球分布和利用；③月球特殊空间环境资源（超高真空、无大气活动、无磁场、地质构造稳定、弱重力、超洁净）的开发利用，建立月基天文台，建立特殊生物制品和特种新型材料生产基地，建立基础科学实验室等；④建立月球长期居留基地并利用月球进行深空探测的方案与逐步实施。月球将为人类社会提供长期、稳定、廉价和洁净的核聚变燃料月球的金属矿产资源将是地球资源的重要储备和支撑月球表面特殊空间环境的利用1.8深空探测的历程中国的探月工程“嫦娥工程”分为“绕、落、回”三个阶段。第一阶段绕月探测（2004年—2007年），研制发射一枚月球探测卫星—“嫦娥一号”，实现环绕月球飞行探测。第二阶段，月面软着落探察和月面巡视勘察（2007～2010年）。研制发射月球探测器，它包括月球软着陆器、月面巡视车和自动机器人。第三阶段，月面自动取样返回（2010～2020年或稍后）。研制发射月球车，到月面巡视勘察和取样返回。嫦娥探月工程概述嫦娥探月工程整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段第一步：2007年10月24日发射探月卫星“嫦娥一号”，对月球表面环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测。

CE-1概述嫦娥探月工程整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段

[第二步]目标是研制和发射航天器，以软着陆的方式降落在月球上进行探测。使用降落在月面上的巡视车、自动机器人探测着陆区岩石与矿物成分，测定着陆点的热流和周围环境。

CE-1概述嫦娥探月工程整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段

[第三步]

2011至2020年，目标是月面巡视勘察与采样返回，为下一步载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据资料。1.8深空探测的历程中国的探月工程“嫦娥工程”是我国深空探测计划的至关重要的第一步。其四大科学目标是：1、获取月球表面三维影像；2、分析月球表面14种元素含量和物质类型的分布；3、探测月壤特性；4、探测地月空间环境。1.8深空探测的历程中国的探月工程“嫦娥工程”需完成的五大工程目标是：1、研制和发射一颗月球探测卫星；2、掌握绕月探测基本技术；地—月飞行技术，航天器飞出地球并进入其他天体引力场的轨道设计与GNC系统技术实施远距离测控和通信探索深空探测器的热控解决途径3、开展月球科学探察；4、初步构建月球探测航天工程系统；5、为月球探测后续工程积累经验。嫦娥探月工程调相轨道地月转移轨道月球捕获轨道环月工作轨道

嫦娥一号卫星的工作轨道

卫星的制导、导航与控制系统卫星制导导航与控制系统，简称GNC系统。由星载计算机、太阳敏感器、星敏感器、陀螺、紫外月球敏感器、动量轮、推力器等设备组成。嫦娥探月工程CE-1概述关键技术（1）卫星的姿态控制。因为“嫦娥一号”在正常探测时，卫星大部分探测仪器需要对准月面，卫星太阳帆板要对准太阳，卫星数传天线要对准地球，这种技术在以前的绕地卫星飞行器当中还没有使用过。（2）远距离的通讯。由于地月之间距离接近四十万公里，要完成这么远距离通讯，涉及到卫星上的天线要对准地球，卫星上的放大器要有足够的功率，地面接收站要有足够大直径的天线。这些技术都是中国航天所首次遇到，有一定难度。（3）探测仪器。卫星所载探测仪器都是根据这次科学目标新研制而成，它在后续的工作中是否能够正常工作要面临考验。（4）工作一年。“嫦娥一号”卫星设计的探测任务是工作一年，这一年工作当中对于卫星及星载各种仪器设备的可靠性也是一个考验。CE-1概述领军人物总指挥：栾恩杰总设计师：孙家栋

首席科学家：欧阳自远测控系统总设计师：于志坚卫星系统总设计师：叶培建CE-1总体设计系统组成CE-1有效载荷设计CE-1有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCD

嫦娥1号卫星将采取与其他国家不同的思路，搭载1台CCD立体相机和1个激光高度计，两者结合绘制完整细致的立体月球地图。CCD立体相机同时对卫星飞行的前方、下方和后方进行拍照，形成三维影像。CE-1有效载荷设计1.三维影像的立体相机CCDCE-1有效载荷设计2.激光高度计

激光高度计由激光器、望远镜和接收电路三部分组成。卫星进入环月轨道后，激光高度计首先向月面发射激光束，并立刻用望远镜把反射回来的光束变成电信号。CE-1有效载荷设计3.干涉成像光谱仪

干涉成像光谱仪可以同时获取目标的“形影信息”和“光谱信息”，在空间遥感探测方面具有不可替代的优势，被誉为光学传感器发展历史上的一次革命。CE-1有效载荷设计4.伽马射线谱仪

嫦娥1号卫星将用世界先进的伽马/X射线谱仪探测月球上14种元素的分布。通过开采月球资源，满足人类社会的需求。

CE-1有效载荷设计5.微波辐射计微波辐射计是一种获取场景微波特征的重要手段，通过微波的特征，其穿透性的力量，可以看穿地下，测出土壤厚度。CE-1有效载荷设计6.高能粒子探测器、低能离子探测器太阳高能粒子探测器和低能离子探测器，将首次探测远至4万至40万km间的空间环境，这些关键科学数据，对今后深空探测器的环境防护设计具有重要的参考价值。这两种探测器，都是用以探测太阳辐射以及其它宇宙射线的最好工具。

对金星的探索对金星的逐步认识望远镜观测－“沼泽地”光谱学观测射电望远镜观测1961年2月，前苏联发射了“人造卫星”7号和“金星”1号探测器，失败1962年8月，“人造卫星”19号，失败1967年6月，“金星”4号，成功着陆金星表面1970年8月，“金星”7号，软着陆成功，测得温度447度和气压为90个大气压“金星”7号1.8深空探测的历程1.8深空探测的历程对金星的探索1962年7月，美国“水手”1号发射，失败1962年8月，“水手”2号发射，距金星34800千米处飞过1989年5月发射麦哲伦号，给金星表面98％的地方制作了地图，分辨率为300米，还给这颗行星做了95％的重力场图。“水手”2号1.8深空探测的历程对金星的探索美国组织过10次对金星的探测，前苏联32次，美国和前苏联一直踩着失败对金星进行探测。1.8深空探测的历程对火星的探索“运河”的说法前苏联的火星探测60年代，“战神”1号、“战神”2号、“人造卫星”22号、“火星”1号、“人造卫星”24号、“Zond”2号和3号、“火星1969A”、“火星1969B”均失败1971年，“火星”2号着陆后失踪、“火星”3号撞上岩石1973年，4个“火星”系列探测器均失败1988年，最后两个探测器也失败1.8深空探测的历程对火星的探索美国的火星探测1964年，“水手”3号，失败。“水手”4号，水手3号的姐妹探测器，于1965年到达火星，在路过的途中拍摄了火星表面22张近距照。探测器发现了那里是个环形山世界，大气层比预计的稀薄得多。科学家由此总结出火星无论是从地质学还是生物学角度看，都是一颗“死”星。“水手”4号1.8深空探测的历程对火星的探索美国的火星探测水手9号，于1971年成为第一艘绕火星公转的飞行器，第一次传回了大星有关这颗红色星球的信息，包括火星表面的巨火山，大峡谷体系，及水曾在该星球上流动的证据。这艘探测器也给火星的两颗小卫星Phobos和Deimos拍了几张近距照。1975年，“海盗”1号、“海盗”2号，成功在火星表面着陆，发现火星存在生命的可能性几乎为0。公布“火星人脸”1976年NASA火星卫星的画面，著名的faceonMars。2002年和2006年的数据照片传回显示就是普通的山头。1.8深空探测的历程对火星的探索美国的火星探测“海盗”计划之后，火星探测停止，直到17年后的1992年“火星观察者”号探测器，于1993年8月21日正准备进入火星轨道的时候，联络中断。

1996年宣布，1984年在南极洲发现的ALH84001号陨石来自火星，陨石含有原始生命的微化石。1.8深空探测的历程对火星的探索美国的火星探测1996年，火星全球勘探者号和火星探路者号，发现火星两极存在冰，以漫游车方式探测，对取得巨大成功。1998年，火星气候轨道器和火星极地着陆器，失败2001年，火星奥德赛，南极图像表面火星上有大量的冰2003年，火星漫游者，将勇气号和机遇号两辆火星车送往火星，对火星这颗行星进行实地考察。2005年，火星勘测轨道飞行器，以前所未有的照相机分辨率对火星这颗红色行星进行详细考察，并且为往后的火星地表任务寻找适合的登陆地点2007年，凤凰号火星探测器，对火星的极地环境进行探测，寻找火星北极土壤中可能存在的生命特征中国火星探测计划萤火一号，是中俄航天合作项目“中国与俄罗斯联合开展火星探测计划”的重要部分。根据中俄两国协议，双方确定于2009年对火星及其卫星“火卫一”进行联合探测，中方卫星“萤火一号”以探测火星空间环境为目标，该星与俄罗斯“福布斯-土壤”卫星，形成对火星空间环境的首次联合探测，具有很好的创新性和重要的科学意义。但由于“福布斯-土壤”火星探测器推迟至2011年10月发射，“萤火一号”也不得不推迟发射升空。“萤火一号”和“嫦娥”的任务其实很类似，只不过探测的对象不一样。“萤火一号”拜访火星时，将共携带八件“武器”，包括两台摄像机、两台磁强计、离子探测包和光学成像仪等等，将重点探测火星的空间磁场、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。探测火星的空间环境；探寻火星水的消失机制；揭示火星这样的类地行星空间环境演化的特征。1.8深空探测的历程40年来共展开30多个火星计划，美国14个，前苏联16个，仅7个具有具体成果。其它行星、小行星和彗星探测任务的介绍

Voyagers1和216.9×10913.8×109其它行星、小行星和彗星探测任务的介绍

Cassini

卡西尼号土星的公转轨道飞行器和土卫六的大气探测器。卡西尼号是NASA/ESA的联合项目。这项目是设计用它的卡西尼土星环绕器和惠更斯土卫六探测器完成对土星系统的探索。“罗塞塔”探测器计划用约10年时间追上一颗名为丘留莫夫-格拉西缅科的彗星。如果一切顺利，预计在2014年1月，“罗塞塔”将到达距这颗彗星几公里处，并成为人类首个围绕彗星运转、进而施放登陆器在彗星表面着陆的探测器。然而追赶彗星需要巨大的能量，“罗塞塔”探测器重达3吨，所携带的能量是有限的。因此，科学家专门设计了让“罗塞塔”3次飞过地球，并且在2007年与火星“擦肩而过”的路程。这样，在这几次巧遇中，“罗塞塔”将利用地球或火星引力的拉扯效应，大幅度提升飞行速度，同时节省飞行能量。深度撞击是人造探测器首次以主动撞击的方式来探测彗星，NASA己证实，其精度比预计的还要精确，误差还不到1米(事先预计为1千米)，因而可以说它代表了空间技术的一次大飞跃。

其它行星、小行星和彗星探测任务的介绍

NEAR近地小行星会合计划（NEAR）保证能回答有关诸如木星和火星轨道间的小行星以及彗星等近地天体本质的基本问题。在1996年2月17日NEAR太空飞行器装载在Delta2