月球建站、行星探測、撞擊小行星、飛抵日球層…… 中國深空探測在規畫這些大事
2023-04-27 08:38 作者：付毅飛 來源：科技日報 閱覽：
建設月球科研站，探測行星、彗星，防禦小行星，探索太陽系邊際……在4月25日舉行的2023年「中國航天日」首屆深空探測（天都）國際會議上，與會專家透露了未來中國深空探測的多項規畫。
2030年有望建成月球科研站基本型
中國深空探測重大專項總設計師吳豔華在會上介紹，未來中國月球探測規畫的任務包括探月工程四期、國際月球科研站建設、鵲橋通導遙（通信、導航、遙感）星座系統等。
吳豔華說，嫦娥六號探測器計畫於2024年前後發射，我國有望實現世界首次從月球背面采樣返回。嫦娥七號計畫2026年前後發射，將在月球南極開展環境探測和資源利用，其中一個重點目標是要尋找水冰等物質。嫦娥八號計畫2028年前後發射，將重點開展月球科研站的月面指揮通訊中樞技術驗證、遠程機器人探測和資源原位利用。嫦娥七號、八號與鵲橋二號將構建月球科研站基本型。
「我國正在聯合多國論證，將共同構建國際月球科研站。」吳豔華說，目前初步規畫目標是2030年前後建成月球科研站基本型，2040年前後建成完善型。此後，我國將與各國共同開展運行維護以及科學應用。
中國探月工程總設計師、深空探測實驗室主任吳偉仁在會上介紹，國際月球科研站是中國聯合多國共同建設，將在月球表面和月球軌道長期自主運行、短期有人參與，可擴展、可維護的綜合性科學實驗設施。科研站由地月運輸系統、月面長期運行保障系統、月面運輸與作業系統、月球科研設施系統、地面支持及應用系統五大基礎設施構成，具備能源供應、中樞控制、通信導航、天地往返、月球科考和地面支持等保障能力，可支持開展科學探測研究、資源開發利用、前沿技術驗證等多學科、多目標、大規模科學和技術活動。
同時，吳豔華透露，我國正在論證鵲橋通導遙綜合系統方案，擬按照「三步走」方案，支撐我國以及合作國家的深空探測任務目標。其中，鵲橋二號衛星將於2024年年初發射，其作為探月四期公共中繼星平台，將為嫦娥四號、六號、七號、八號任務提供中繼通信服務。該任務還將搭載「天都一號」「天都二號」2顆鵲橋通導技術試驗衛星，開展關鍵技術驗證。
天問二號計畫2025年發射
目前，中國行星探測工程已批准實施天問一號、二號、三號、四號4次任務。吳豔華透露，我國計畫在2025年前後發射天問二號探測器，對近地小行星2016HO3進行探測、伴飛、取樣和返回，還將探測一顆新近發現的主帶彗星。
中國首次火星探測任務工程總設計師張榮橋近日向媒體透露，天問二號探測器已經基本完成初樣研製，將於今年年中轉入正樣研製階段。
2016HO3小行星距離地球超4000萬公里，個頭很小，是國際公認具有特殊性的天體。張榮橋表示，與火星不同，小行星上沒有重力，這意味著航天器無法環繞小行星飛行，只能在茫茫宇宙中追上它，與其一起飛行，並在伴飛的過程中進行附著，擇機取樣。
吳豔華還透露，天問三號計畫於2030年發射，實施火星取樣返回；天問四號計畫2030年前後發射，主要開展對木星和木衛四的環繞探測。
張榮橋表示，這兩項任務難度非常大，還需要兩三年時間開展關鍵技術攻關。
撞擊小行星任務正在論證
預防近地小行星對地球造成威脅，早已成為國際熱門話題。吳豔華說，我國正在計畫進行首次近地小行星防禦演示驗證任務，目前論證的方案是選擇一顆直徑50米左右的小行星，開展伴飛探測、動能撞擊、在軌評估，力求實現撞得準、推得動、測得出、說得清。
會上，深空探測實驗室總體技術研究院研究員尤偉對中外近地小行星防禦技術進展進行了介紹。尤偉說，目前人類對小行星防禦方式有很多設想，包括爆炸、引力拖車、雷射燒蝕等，但具備工程實施條件的還是以動能撞擊為主。
基於目前地面觀測數據，大部分小行星的物理特性還無法確知。對此，尤偉表示，有必要先規畫一次伴飛任務，由一顆探測器把目標小行星的基本參數摸清，撞擊器隨後到達，進行撞擊。
尤偉介紹，撞擊器的設計將基於我國前期深空探測基礎，採用成熟的平台和系統設計，關鍵是要配置高精度的自主導航敏感器來實施高速動能撞擊，同時還要能適應多種目標特性。
撞擊的位置會對撞擊過程和結果產生很大影響。尤偉說，最好能沿著太陽的方向去撞擊小行星，在撞擊過程中小行星處於完全被照亮的狀態，這對成像非常有利。
按照目前的設想，此次任務將使用長征運載火箭同時把探測器和撞擊器發射入軌，約6個月後擇機實施一次深空機動，經過數次軌道修正後，在發射後16個月左右實施撞擊。任務涉及「不確知目標特性下的高速高精度導航、制導與控制」「超高速撞擊偏轉過程建模、仿真與試驗」等關鍵技術。
力爭2050年前後飛抵太陽系邊際
「專家正在論證太陽邊際探測任務的設想，將利用核能源為動力，爭取在2050年前後能飛抵太陽系邊際。」吳豔華說。
中國航天科技集團五院嫦娥四號探測器系統項目執行總監張熇在會上介紹，太陽系邊際距離太陽中心約有70至100個天文單位，其具有方向性，日球層面向銀河系中心的方向被稱為「鼻尖」區域，反之被稱為「鼻尾」區域，兩處都有很高的科學探測價值。
國際上目前暫時沒有正在實施的太陽系邊際探測任務。2020年，我國在國家航天局倡導下，組建了相關任務論證團隊，希望能通過兩次任務，分別飛往「鼻尖」和「鼻尾」，實現對日球層較為全面的探測。
張熇說，開展太陽系邊際探測對飛行任務的設計有很大挑戰，首先要使探測器達到每秒16.7公里的第三宇宙速度。國際上已經實現的方法是藉助木星、土星等大天體的引力提速，每年大約可以飛行3個天文單位的距離。我國初步規畫使用長征五號運載火箭發射探測器，選擇木星借力加速可獲得最佳效果。
探測器發射時間與天體相位密切相關，木星的公轉週期為11.86年，意味著任務窗口大約每12年一次。張熇介紹，經過仿真計算，去「鼻尖」方向比較適合的借力時間是2028年到2029年前後，經過一至兩次地球借力和一次木星借力，探測器可以在2049年飛到相距80個天文單位的區域；去「鼻尾」方向，最佳借力時間則在2034年到2035年左右，經過地球、木星、海王星借力，2049年可以飛到92個天文單位以外。
張熇認為，此類任務的飛行時間通常要20年至50年不等，這對探測器的長壽命設計將帶來很大考驗。
2030年有望建成月球科研站基本型
中國深空探測重大專項總設計師吳豔華在會上介紹，未來中國月球探測規畫的任務包括探月工程四期、國際月球科研站建設、鵲橋通導遙（通信、導航、遙感）星座系統等。
吳豔華說，嫦娥六號探測器計畫於2024年前後發射，我國有望實現世界首次從月球背面采樣返回。嫦娥七號計畫2026年前後發射，將在月球南極開展環境探測和資源利用，其中一個重點目標是要尋找水冰等物質。嫦娥八號計畫2028年前後發射，將重點開展月球科研站的月面指揮通訊中樞技術驗證、遠程機器人探測和資源原位利用。嫦娥七號、八號與鵲橋二號將構建月球科研站基本型。
「我國正在聯合多國論證，將共同構建國際月球科研站。」吳豔華說，目前初步規畫目標是2030年前後建成月球科研站基本型，2040年前後建成完善型。此後，我國將與各國共同開展運行維護以及科學應用。
中國探月工程總設計師、深空探測實驗室主任吳偉仁在會上介紹，國際月球科研站是中國聯合多國共同建設，將在月球表面和月球軌道長期自主運行、短期有人參與，可擴展、可維護的綜合性科學實驗設施。科研站由地月運輸系統、月面長期運行保障系統、月面運輸與作業系統、月球科研設施系統、地面支持及應用系統五大基礎設施構成，具備能源供應、中樞控制、通信導航、天地往返、月球科考和地面支持等保障能力，可支持開展科學探測研究、資源開發利用、前沿技術驗證等多學科、多目標、大規模科學和技術活動。
同時，吳豔華透露，我國正在論證鵲橋通導遙綜合系統方案，擬按照「三步走」方案，支撐我國以及合作國家的深空探測任務目標。其中，鵲橋二號衛星將於2024年年初發射，其作為探月四期公共中繼星平台，將為嫦娥四號、六號、七號、八號任務提供中繼通信服務。該任務還將搭載「天都一號」「天都二號」2顆鵲橋通導技術試驗衛星，開展關鍵技術驗證。
天問二號計畫2025年發射
目前，中國行星探測工程已批准實施天問一號、二號、三號、四號4次任務。吳豔華透露，我國計畫在2025年前後發射天問二號探測器，對近地小行星2016HO3進行探測、伴飛、取樣和返回，還將探測一顆新近發現的主帶彗星。
中國首次火星探測任務工程總設計師張榮橋近日向媒體透露，天問二號探測器已經基本完成初樣研製，將於今年年中轉入正樣研製階段。
2016HO3小行星距離地球超4000萬公里，個頭很小，是國際公認具有特殊性的天體。張榮橋表示，與火星不同，小行星上沒有重力，這意味著航天器無法環繞小行星飛行，只能在茫茫宇宙中追上它，與其一起飛行，並在伴飛的過程中進行附著，擇機取樣。
吳豔華還透露，天問三號計畫於2030年發射，實施火星取樣返回；天問四號計畫2030年前後發射，主要開展對木星和木衛四的環繞探測。
張榮橋表示，這兩項任務難度非常大，還需要兩三年時間開展關鍵技術攻關。
撞擊小行星任務正在論證
預防近地小行星對地球造成威脅，早已成為國際熱門話題。吳豔華說，我國正在計畫進行首次近地小行星防禦演示驗證任務，目前論證的方案是選擇一顆直徑50米左右的小行星，開展伴飛探測、動能撞擊、在軌評估，力求實現撞得準、推得動、測得出、說得清。
會上，深空探測實驗室總體技術研究院研究員尤偉對中外近地小行星防禦技術進展進行了介紹。尤偉說，目前人類對小行星防禦方式有很多設想，包括爆炸、引力拖車、雷射燒蝕等，但具備工程實施條件的還是以動能撞擊為主。
基於目前地面觀測數據，大部分小行星的物理特性還無法確知。對此，尤偉表示，有必要先規畫一次伴飛任務，由一顆探測器把目標小行星的基本參數摸清，撞擊器隨後到達，進行撞擊。
尤偉介紹，撞擊器的設計將基於我國前期深空探測基礎，採用成熟的平台和系統設計，關鍵是要配置高精度的自主導航敏感器來實施高速動能撞擊，同時還要能適應多種目標特性。
撞擊的位置會對撞擊過程和結果產生很大影響。尤偉說，最好能沿著太陽的方向去撞擊小行星，在撞擊過程中小行星處於完全被照亮的狀態，這對成像非常有利。
按照目前的設想，此次任務將使用長征運載火箭同時把探測器和撞擊器發射入軌，約6個月後擇機實施一次深空機動，經過數次軌道修正後，在發射後16個月左右實施撞擊。任務涉及「不確知目標特性下的高速高精度導航、制導與控制」「超高速撞擊偏轉過程建模、仿真與試驗」等關鍵技術。
力爭2050年前後飛抵太陽系邊際
「專家正在論證太陽邊際探測任務的設想，將利用核能源為動力，爭取在2050年前後能飛抵太陽系邊際。」吳豔華說。
中國航天科技集團五院嫦娥四號探測器系統項目執行總監張熇在會上介紹，太陽系邊際距離太陽中心約有70至100個天文單位，其具有方向性，日球層面向銀河系中心的方向被稱為「鼻尖」區域，反之被稱為「鼻尾」區域，兩處都有很高的科學探測價值。
國際上目前暫時沒有正在實施的太陽系邊際探測任務。2020年，我國在國家航天局倡導下，組建了相關任務論證團隊，希望能通過兩次任務，分別飛往「鼻尖」和「鼻尾」，實現對日球層較為全面的探測。
張熇說，開展太陽系邊際探測對飛行任務的設計有很大挑戰，首先要使探測器達到每秒16.7公里的第三宇宙速度。國際上已經實現的方法是藉助木星、土星等大天體的引力提速，每年大約可以飛行3個天文單位的距離。我國初步規畫使用長征五號運載火箭發射探測器，選擇木星借力加速可獲得最佳效果。
探測器發射時間與天體相位密切相關，木星的公轉週期為11.86年，意味著任務窗口大約每12年一次。張熇介紹，經過仿真計算，去「鼻尖」方向比較適合的借力時間是2028年到2029年前後，經過一至兩次地球借力和一次木星借力，探測器可以在2049年飛到相距80個天文單位的區域；去「鼻尾」方向，最佳借力時間則在2034年到2035年左右，經過地球、木星、海王星借力，2049年可以飛到92個天文單位以外。
張熇認為，此類任務的飛行時間通常要20年至50年不等，這對探測器的長壽命設計將帶來很大考驗。
