空間探測(cè)器，又名“深空探測(cè)器”或“宇宙探測(cè)器”，它是人類研制的用于對(duì)遠(yuǎn)方天體和空間進(jìn)行探測(cè)的無人航天器，在現(xiàn)階段。它是人類空間探測(cè)的主要工具。
概念
空間探測(cè)器（space probe）：又稱深空探測(cè)器或宇宙探測(cè)器。對(duì)月球和月球以遠(yuǎn)的天體和空間進(jìn)行探測(cè)的無人航天器，空間探測(cè)的主要工具。空間探測(cè)器裝載科學(xué)探測(cè)儀器，由運(yùn)載火箭送入太空，飛近月球或行星進(jìn)行近距離觀測(cè)，做人造衛(wèi)星進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，著陸進(jìn)行實(shí)地考察，或采集樣品進(jìn)行研究分析。
空間探測(cè)器按探測(cè)的對(duì)象劃分為月球探測(cè)器、行星和行星際探測(cè)器、小天體探測(cè)器等。
空間探測(cè)器的顯著特點(diǎn)是，在空間進(jìn)行長(zhǎng)期飛行，地面不能進(jìn)行實(shí)時(shí)遙控，所以必須具備自主導(dǎo)航能力；向太陽系外行星飛行，遠(yuǎn)離太陽，不能采用太陽能電池陣，而必須采用核能源系統(tǒng)；承受十分嚴(yán)酷的空間環(huán)境條件，需要采用特殊防護(hù)結(jié)構(gòu)；在月球或行星表面著陸或行走，需要一些特殊形式的結(jié)構(gòu)。
飛行原理
空間探測(cè)器離開地球時(shí)必須獲得足夠大的速度（見宇宙速度）才能克服或擺脫地球引力，實(shí)現(xiàn)深空飛行。探測(cè)器沿著與地球軌道和目標(biāo)行星軌道都相切的日心橢圓軌道（雙切軌道）運(yùn)行，就可能與目標(biāo)行星相遇，或者增大速度以改變飛行軌道，可以縮短飛抵目標(biāo)行星的時(shí)間。例如,美國(guó)旅行者2號(hào)探測(cè)器探測(cè)器的速度比雙切軌道所要求的大0.2公里/秒，到達(dá)木星的時(shí)間縮短了將近四分之一。
為了保證探測(cè)器沿雙切軌道飛到與目標(biāo)行星軌道相切處時(shí)目標(biāo)行星恰好也運(yùn)行到該處，必須選擇在地球和目標(biāo)行星處于某一特定相對(duì)位置的時(shí)刻發(fā)射探測(cè)器。例如飛往木星約需1000天的時(shí)間，朱諾號(hào)木星探測(cè)器發(fā)射時(shí)木星應(yīng)離會(huì)合點(diǎn)83°(相當(dāng)于木星在軌道上走1000天的路程)。根據(jù)一定的相對(duì)位置要求，可以從天文年歷中查到相應(yīng)的日期，這個(gè)有利的發(fā)射日期一般每隔一、二年才出現(xiàn)一次。探測(cè)器可以在繞飛行星時(shí)，利用行星引力場(chǎng)加速，實(shí)現(xiàn)連續(xù)繞飛多個(gè)行星（見行星探測(cè)器軌道）。
技術(shù)特點(diǎn)
空間探測(cè)器是在人造衛(wèi)星技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但是與人造地球衛(wèi)星比較，空間探測(cè)器在技術(shù)上有一些顯著特點(diǎn)。
空間探測(cè)器控制和導(dǎo)航
空間探測(cè)器飛離地球幾十萬到幾億公里，入軌時(shí)速度大小和方向稍有誤差，到達(dá)目標(biāo)行星時(shí)就會(huì)出現(xiàn)很大偏差。例如，天問一號(hào)入軌時(shí)，速度誤差1米/秒（大約是速度的萬分之一），到達(dá)火星時(shí)距離偏差約10萬公里。因此在漫長(zhǎng)飛行中必須進(jìn)行精確的控制和導(dǎo)航。飛向月球通常是靠地面測(cè)控網(wǎng)和空間探測(cè)器的軌道控制系統(tǒng)配合進(jìn)行控制的(見航天器軌道控制)。行星際飛行距離遙遠(yuǎn)，無線電信號(hào)傳輸時(shí)間長(zhǎng)，地面不能進(jìn)行實(shí)時(shí)遙控，所以行星和行星際探測(cè)器的軌道控制系統(tǒng)應(yīng)有自主導(dǎo)航能力（見星際航行導(dǎo)航和控制）。例如，美國(guó)“海盜”號(hào)探測(cè)器在空間飛行八億多公里，歷時(shí)11個(gè)月，進(jìn)行了2000余次自主軌道調(diào)整，最后在火星表面實(shí)現(xiàn)軟著陸，落點(diǎn)精度達(dá)到50公里。此外，為了保證軌道控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作姿態(tài)準(zhǔn)確，通信天線始終對(duì)準(zhǔn)地球，并使其他系統(tǒng)正常工作，探測(cè)器還具有自主姿態(tài)控制能力。
空間探測(cè)器通信系統(tǒng)
為了將大量的探測(cè)數(shù)據(jù)和圖像傳送給地面,必須解決低數(shù)據(jù)率極遠(yuǎn)距離的傳輸問題。解決方法是在探測(cè)器上采用數(shù)據(jù)壓縮、抗干擾和相干接收等技術(shù)，還須盡量增大無線電發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率和天線口徑，并在地球上多處設(shè)置配有巨型拋物面天線的測(cè)控站或測(cè)量船。空間探測(cè)器上還裝有計(jì)算機(jī)，以完成信息的存貯和處理。
空間探測(cè)器電源系統(tǒng)
太陽光的強(qiáng)度與到太陽距離的平方成反比,外行星遠(yuǎn)離太陽，那里的太陽光強(qiáng)度很弱，因此外行星探測(cè)器不能采用太陽電池電源而要使用空間核電源。
結(jié)構(gòu)狀況
空間探測(cè)器承受十分嚴(yán)酷的空間環(huán)境條件,有的需要采用特殊防護(hù)結(jié)構(gòu)。例如“太陽神”號(hào)探測(cè)器運(yùn)行在近日點(diǎn)為 0.309天文單位（約4600萬公里）的日心軌道，所受的太陽輻射強(qiáng)度比人造衛(wèi)星高一個(gè)數(shù)量級(jí)。有些空間探測(cè)器在月球或行星表面著陸或行走，需要一些特殊形式的結(jié)構(gòu)，例如適用于在凹凸不平表面上行走的撓性輪等。
任務(wù)
空間探測(cè)既包括對(duì)地球空間范圍的探測(cè)，也包括對(duì)月球，行星和行星際空間進(jìn)行探測(cè)。對(duì)地球以外的空間探測(cè)的主要目的是：研究月球和太陽系的起源和現(xiàn)狀，通過對(duì)太陽系各大行星及其衛(wèi)星的考察研究，進(jìn)一步揭示地球環(huán)境的形成和演變情況；認(rèn)識(shí)太陽系的演化，探尋生命的起源和演變歷史，利用宇宙空間的特殊環(huán)境進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)，直接為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。
空間探測(cè)器裝有科學(xué)探測(cè)儀器，執(zhí)行空間探測(cè)任務(wù)。空間探測(cè)的主要方式有：（1）在近地空間軌道上進(jìn)行遠(yuǎn)距離空間探測(cè)。（2）從月球或行星近旁飛過，進(jìn)行近距離探測(cè)。（3）成為月球或行星的人造衛(wèi)星，進(jìn)行長(zhǎng)期的反復(fù)觀測(cè)。（4）在月球或行星及其衛(wèi)星表面硬著陸，利用著陸之前的短暫時(shí)間進(jìn)行探測(cè)。（5）在月球或行星及其衛(wèi)星表面軟著陸，進(jìn)行實(shí)地考察，也可將獲取的樣品送回地球進(jìn)行研究。（6）在深空飛行，進(jìn)行長(zhǎng)期考察。
成果
空間探測(cè)的范圍集中在地球環(huán)境、空間環(huán)境、天體物理、材料科學(xué)和生命科學(xué)等方面。自1957年10月4日第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射上天，到2000年全世界已發(fā)射了100多個(gè)空間探測(cè)器。它們對(duì)宇宙空間的探測(cè)取得了豐碩成果，所獲得的知識(shí)超過了人類數(shù)千年所獲知識(shí)總和的千百萬倍。
1958年1月31日美國(guó)發(fā)射成功第一顆衛(wèi)星探險(xiǎn)者1號(hào)，它首次探測(cè)到地球周圍存在一個(gè)高能電子、粒子聚集的輻射帶，這就是著名的范艾倫輻射帶。1958年末美國(guó)發(fā)射的先驅(qū)者3號(hào)探測(cè)器，在飛離地球10萬千米的地方又發(fā)現(xiàn)了第二條輻射帶。這是利用人造衛(wèi)星和空間探測(cè)器最初探測(cè)的典型成果。
從1958年開始，人類用人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站和航天飛機(jī)等作為探測(cè)手段，對(duì)近地空間的環(huán)境，如地球輻射帶、地球磁層、太陽輻射、極光、宇宙線等進(jìn)行了探測(cè)。美國(guó)的“探險(xiǎn)者”、“軌道地球物理學(xué)觀測(cè)站”、“軌道太陽觀測(cè)站”系列，蘇聯(lián)的宇宙號(hào)、預(yù)報(bào)號(hào)、質(zhì)子號(hào)系列中的一部分，中國(guó)的“實(shí)踐”系列等，借助攜帶的科學(xué)儀器，測(cè)量了地球大氣層、電離層、磁層的基本結(jié)構(gòu)，測(cè)量了太陽光輻射譜、空間粒子成分、高能電子、高能質(zhì)子和太陽磁場(chǎng)等參量及其變化，探測(cè)了各類現(xiàn)象之間的相互關(guān)系等。通過對(duì)空間環(huán)境的探測(cè)和研究，為各類航天器的發(fā)射和飛行，航天員較長(zhǎng)時(shí)間在太空生活，并實(shí)現(xiàn)太空行走和其他太空活動(dòng)，提供了重要數(shù)據(jù)和安全條件。
從1959年開始，人類已經(jīng)跨過近地空間到月球以至月球以外的深空進(jìn)行探測(cè)活動(dòng)。各種空間探測(cè)器相繼考察了月球，拜訪了太陽系的水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星以及“哈雷”彗星等。其中對(duì)月球的考察最詳細(xì)，甚至派遣了航天員赴月球?qū)嵉乜疾欤粚?duì)金星、火星不僅拍攝繪制了地形圖，而且還多次發(fā)射無人探測(cè)器在金星和火星表面著陸進(jìn)行科學(xué)考察。科學(xué)家由此初步揭開了月球和太陽系各大行星的不少奧秘，回答了過去天文學(xué)家們爭(zhēng)議不休的許多不解之謎。
從1960年美國(guó)發(fā)射第一顆天文衛(wèi)星“太陽輻射監(jiān)測(cè)衛(wèi)星”開始，人類陸續(xù)發(fā)射了分別對(duì)X射線、V射線、紫外線和紅外線等進(jìn)行觀測(cè)的天文衛(wèi)星，它們突破了地球大氣層對(duì)天體輻射的阻擋，獲取了來自宇宙空間整個(gè)波段的電磁輻射，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度和高分辨率的觀測(cè)，使對(duì)天體的觀測(cè)波段擴(kuò)大到紫外線、X射線、V射線等地面無法觀測(cè)的波段，從而不斷揭示出宇宙的真實(shí)面貌。
20世紀(jì)60年代，蘇美兩國(guó)美蘇冷戰(zhàn)激烈。為了和美國(guó)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，蘇聯(lián)也發(fā)射了自己研制的空間探測(cè)器。這就是1959年1月發(fā)射升空的“月球1號(hào)”——顧名思義，它的探測(cè)目標(biāo)是月球。此后，蘇聯(lián)又接連發(fā)射了“月球2號(hào)”和“月球3號(hào)”。但因?yàn)榉N種原因，這3個(gè)探測(cè)器只有3號(hào)達(dá)到了繞月飛行的目標(biāo)，并且第一次拍攝到月球背面的照片并傳回地球。為了與蘇聯(lián)的探月行動(dòng)相抗衡，美國(guó)也接連發(fā)射了“徘徊者號(hào)”探測(cè)器、“月球軌道環(huán)行器”、“勘測(cè)者號(hào)”探測(cè)器等多部太空探測(cè)器。探月高潮就此掀開。
除了對(duì)月球進(jìn)行探測(cè)之外，早期的空間探測(cè)器也把目標(biāo)指向了太陽系的其他幾大行星。比如，1970年蘇聯(lián)的“金星7號(hào)”空間探測(cè)器在金星表面軟著陸．并接連向地球傳送了23分鐘的數(shù)據(jù)——這開創(chuàng)了人類從其他行星表面直接獲取信息的先河。不甘示弱的美國(guó)隨后也在1978年派遣“先驅(qū)者金星聯(lián)合探測(cè)器”在金星表面軟著陸。
除了向金星發(fā)射探測(cè)器以外，20世紀(jì)60—70年代初，美蘇還發(fā)射了13個(gè)探測(cè)器飛向火星——這些探測(cè)器也功勛卓著，它們證明了這個(gè)曾經(jīng)被認(rèn)為有智慧生命的星球根本不存在“火星人”。1972年和1973年，美國(guó)的“先驅(qū)者”10號(hào)、11號(hào)又先后抵達(dá)木星．發(fā)現(xiàn)了木星有5顆衛(wèi)星……可以說，正是空間探測(cè)器的不斷努力，使我們對(duì)于宇宙有了更為深人的了解。
人類的壽命是有限的，空間探測(cè)器也是如此。經(jīng)過多少年的“風(fēng)吹日曬”。人類射向太空的探測(cè)器大多已經(jīng)不能再次使用。它們有的被召回了地球，而有的則在茫茫的宇宙中永久地?fù)p毀了。現(xiàn)在，大量新的探測(cè)器被不斷地射入太空，繼續(xù)著它們先輩的事業(yè)。
各國(guó)探測(cè)器
1959 年1月蘇聯(lián)發(fā)射了第一個(gè)月球探測(cè)器——月球1號(hào)，此后美國(guó)發(fā)射了徘徊者號(hào)探測(cè)器、月球軌道環(huán)行器、勘測(cè)者號(hào)探測(cè)器。60年代以后，美國(guó)和蘇聯(lián)先后發(fā)射了100多顆行星和行星際探測(cè)器、分別探測(cè)了金星、火星、水星、木星和土星，以及行星際空間和彗星。其中有先驅(qū)者（美）、金星（蘇）、水手（美）、火星（蘇）、太陽神（美、德合作）等探測(cè)器。美國(guó)在1972年3月發(fā)射的先驅(qū)者10號(hào)探測(cè)器，已在1986 年飛越冥王星的平均軌道，成為第一個(gè)飛出太陽系的航天器。美國(guó)1989年5月發(fā)射的麥哲倫號(hào)探測(cè)器，于1990年8月后一直繞金星飛行，1991年發(fā)現(xiàn)金星仍存在地質(zhì)活動(dòng)。日本于1991年8月發(fā)射太陽-A探測(cè)器，用于觀測(cè)太陽活動(dòng)。
行星和行星際探測(cè)系列中有美國(guó)的“水手”號(hào)、“旅行者”號(hào)、“先驅(qū)者”號(hào)和蘇聯(lián)的“火星”號(hào)。其中“旅行者2號(hào)探測(cè)器”除完成觀測(cè)木星、木星衛(wèi)星、土星、土星衛(wèi)星和土星環(huán)的任務(wù)外，飛近天王星、海王星，在接近海王星的同時(shí)又探測(cè)了有關(guān)冥王星的情況，獲得一些鮮為人知的寶貴資料。“衛(wèi)星一號(hào)”號(hào)攜帶了鍍金銅板聲像片和金剛石唱針，希望將地球人類的信息帶給地外智慧生命。
此外，還有蘇聯(lián)的“金星”號(hào)、美國(guó)的“海盜”號(hào)和太陽神號(hào)等空間探測(cè)器。
上述各類空間探測(cè)器為人類獲得了大量有關(guān)各行星表面、大氣和周圍空間及行星際空間的資料，擴(kuò)展了人類對(duì)行星地質(zhì)、地貌、磁場(chǎng)、輻射帶和大氣成分以及行星際空間的研究和認(rèn)識(shí)。
參考資料 >