未来十年,中国航天将会有哪些值得期待的大事件?

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又到了一年一度的中国航天日(4 月 24 日)

这一天,正是“东方红一号”卫星发射成功的纪念日。

今年与往常有所不同,“东方红一号”要在太空中度过它 50 岁的生日了,中国航天器的太空之旅,也经历了整整 50 年。

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航天五院展示的东方红一号备份星 | 新华社

从近地点 441 公里的“东方红一号”,到 3.6 万公里高度的“东方红二号”,从 38 万公里的“嫦娥一号”,再到 1 亿公里的“嫦娥二号”,50 年来,中国航天的脚步,一直在迈向更遥远的太空,从未停歇。

让我们沿着前辈们的足迹继续向前,去看看未来的中国航天,将会去探寻深邃太空中的哪些奥秘。

Part.1 九天揽月

作为地球的邻居,月球对地球的影响十分深远,很多生命现象与月相及月球公转周期有关。

而无数的夜晚,皎洁的月光还汇集了人类自古以来对月球的各种想象。

对于中国航天而言,月球,更是迈向深空的前哨站。

早在 1991 年,我国的航天人就开始把目光投向了月球;2004 年,我国探月工程正式立项;

2007 年,“嫦娥一号”发射升空,开启了我国月球探测的第一段旅程。

随后,我国接二连三地向月球及周边发射了一系列航天器。

除大家耳熟能详的“嫦娥”系列之外,还有 2014 年发射的“嫦娥五号 T1”试验器,以及 2018 年发射的“鹊桥号”地月中继卫星和“龙江”小卫星兄弟。

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嫦娥大家族的主要成员 图片来源:国家航天局

时至今日,“嫦娥四号”“玉兔二号”已经在月球背面度过了近 500 天,并且还在继续辛勤工作。

她们实现了世界首次月球背面的软着陆,“玉兔二号”每一个新的车辙印,都是中国航天新的脚步,也是人类月球探测的一大步。

一年多来,她们用人类打造的仪器,去探寻月球深处的构造(测月雷达),以及宇宙深处的信号(低频射电望远镜),受到地球磁场的影响,这些信号是在地球乃至月球正面都难以观测的。

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嫦娥五号 图片来源:CNTV

今年,“嫦娥五号”将要启程,实现我国月球探测“绕、落、回”三个步骤中的最后一步。

顺利的话,这次探测还将让人类在 44 年以来,再次带回月球馈赠的“伴手礼”。

整个“嫦娥五号”由轨道器、着陆器、上升器、返回器组成,并设计了复杂的分离和对接方式。而这样复杂的多次交会对接,将全部自动完成

从月球返回的难度也不容小觑,“嫦娥五号”返回地球的速度将达到第二宇宙速度(11.2km/s),比我们常见的飞船返回速度高出近 50%。

如果以这个速度从北京到上海,只需要不到两分钟。而如果直接冲入大气层,很可能被彻底烧毁。

为了让返回舱安全着陆,嫦娥五号采用了“打水漂”的方式,即第一次返回时被大气层弹回太空,再进行第二次返回。这一技术,已经在“嫦娥五号 T1”试验器上得到了验证。

“嫦娥五号 T1”还为“嫦娥五号”拍下了预定采样区的照片。

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嫦娥五号 T1 对嫦娥五号预定采样区遥感成像图 图片来源:国家航天局

这些航天器及配套的地面设施,为我国的深空探测打下了坚实的基础。

完成月球“绕、落、回”的目标,对中国航天而言,只是一个开始,探月之旅仍在继续。

2019 年 4 月 18 日,在完成“嫦娥四号”国际载荷数据交接的同一天,中国航天向全世界征集“嫦娥六号”科学载荷。

根据以往的情况,由于前往外星球的船票一票难求,不少科研机构和科学家们一直盯着“嫦娥”系列这样的机会。

“嫦娥六号”计划实现月球南极采样返回,这将是人类首次从月球南极带回标本。月球南极是近些年来月球炙手可热的探测区域,这片区域有月球最古老的盆地,并且可能蕴含着一定量的水冰,因此成为目前绝大多数月球着陆器的首选目标。

在未来,“嫦娥七号”也计划出征月球南极,这是一个包罗万象的豪华套餐,计划一次性囊括轨道器、中继星、着陆器、月球车,甚至还有一个能在月表“飞”的飞跃探测器。“嫦娥七号”豪华套餐将极大地丰富我们对月球的认识。

这还没完,等到了“嫦娥八号”,航天工程师们打算在月面上,尝试“3D 打印”房子等关键技术,开始着手在月球上建造真正的航天前哨站。

中国航天的九天揽月之路,将会愈发的精彩。

Part.2 萤火征途

离地球最近的天体是月球,而离地球最近的大行星,就是火星,啊不对,金星了。

等等,是不是感觉不太对劲?为什么很少听到金星探测的消息?

人类对于选择探测的目标是非常慎重的,因为需要保护一些天体,或者,保护自己的“探测器”……

比如,对木卫二的探测就十分谨小慎微,通常都采用飞掠的探测策略,避免污染其可能蕴含生命的液态海洋;

再比如,对金星的探测就十分瞻前顾后,通常都采用不去的探测策略,避免金星高温高压、有硫酸的大气对“探测器”的极度摧残;

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40 年前,金星 13 号和 14 号姊妹星留下目前人类最后一批金星地面照片 图片来源:俄罗斯科学院

而另一个邻居,火星,就友善得多了。

火星和地球也有更多的相似之处,这也引发了人类对火星极大的兴趣——火星,可不可以改造成为下一个地球?

每隔 26 个月,地球都会迎来一个最优火星探测窗口,这一次,是在今年的 7 月。

本次探测窗口中,有一个与以往不同、十分令人瞩目的新成员,那就是我国计划首次自主发射火星探测器“火星一号”(暂命名)。

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我国火星着陆器和火星车模型 图片来源:Wikipedia

“火星一号”也是世界上第一次,在首次计划中就要一次性完成火星绕(轨道器)、落(着陆器)、巡(火星车)的目标,难度可想而知。

这一选择绝非毫无底气的冒险,“火星一号”充分借鉴了“嫦娥”系列绕、落、巡的经验。

为了解决探测火星的一系列难题,相关的实验也一直在紧锣密鼓地进行。

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火星着陆器悬停避障试验 图片来源:新华网

就在去年的 11 月 14 日,我国对外公开展示了火星着陆器悬停避障试验,“着陆器”在 70 米高空与塔分离,在 67 米的高度悬停,并自主避障,下降到 20 米的高度。

在这座亚洲最大的地外天体着陆综合试验场内,科研人员模拟各种“火星一号”将要遇到的困难。

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“火星一号” 官方图片 图片来源:CASC

“火星一号”只是中国航天在火星探测上初试牛刀。

接下来,中国的火星探测将尝试一个前所未有的挑战——火星采样返回。

这是一个全世界都还没实现的目标,也是中国航天想要突破的一个创举。

Part.3 小人国探秘

在《格列佛游记》中,有对小人国的描写,太空中也有小人国——太阳系分布着海量的小行星和彗星。

近些年来,科学家们发现,这群看似不起眼的小人国公民,却很可能拥有着太阳系起源,甚至是生命起源的部分奥秘。

在天文学家们看来,太阳系中较大的天体,甚至包括月球在内,都经过了漫长的行星分化,现在的构造和形成时的构造已经沧海桑田了。

最简单的例子是,尽管地球已经四十多亿的高龄了,但在地球表面找到一块 30 亿年前的岩石十分罕见;可是,在月球上找一块古老的岩石要容易的多(如前面提到的月球南极);而在小行星上,则更加容易——遍地都是古老的岩石。

有些小行星还富含有机物,那么就可以借此了解太阳系早期有机物的一些情况,从而帮助我们了解生命的起源。

早在 2012 年,“嫦娥二号”就实现了我国的首次小行星探测任务,结果表明 4179 号小行星很可能是由两个天体组成的,这一成果发表在了《自然》杂志上。

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嫦娥二号拍摄的小行星 图片来源:国家航天局

不过,“嫦娥二号”只是发挥余热,兼职探测小行星的,中国航天在探秘“小人国”上,还有更多的想法。

于是,专门探测太阳系小天体的任务应运而生。

首个专门探测小天体的探测器可能被命名为“郑和号”,它将一次性囊括探测小行星、彗星,并将小行星的样本送回地球等多项任务,是一个强大的多面手。

“郑和”将要拜访的小天体都各有千秋。

小行星 2016HO3 是一颗地球的“准卫星”,这颗小行星在近几百年内几乎和地球形影不离。不过,即便如此,人类还从来没拜访过这一类特殊的小行星。

彗星 133P/Elst-Pizarro 不同于以往的彗星,这是小行星带中发现的第一颗彗星,将有助于理解小行星和彗星之间的角色转换。

这些特殊的“小人国”公民蕴含了太多的故事,并且这些故事都从未有探测器涉及,实在令人神往。中国航天也有望在这一次探索中,收获一系列的世界首次。

2019 年 4 月,中国航天在向全世界征集 “嫦娥六号”科学载荷的同一天,开始征集“郑和号”的科学载荷,这次探测可以说已经是板上钉钉。”郑和号”预计 2022 年前后发射,将持续探索到 2031 年左右。

预计在整个 21 世纪的 20 年代,我们都会不断看到,“郑和号”揭开小天体众多秘密的新闻,非常值得期待。

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郑和号的旅途 图片来源:Zhang et al,& @haibaraemily


Part.4 更遥远的巨人国

除了小人国,太阳系中还有巨人国。

在这群“巨人”当中,最大的巨行星就是木星。

木星系有 79 个“月亮”,其中尤以木卫二和木卫四最为特别,两颗行星都蕴含着海洋

其中,木卫二的海洋非常深,且地质运动活跃,有孕育生命的可能。科学家们期盼着对这些木卫的进一步了解。

中国航天的下一个目标,就在这片区域,前期的科学目标和技术攻关都在如火如荼地开展,估计到 2036 年前后,我国的木星及木星系探测器就会启程。

紧随木星及木星系探测器之后的,是天王星的探测计划。天王星是太阳系体积第三的行星,仅次于木星和土星。

人类目前唯一的一次天王星近距离观测,还是在 1986 年。来也匆匆去也匆匆的“旅行者 2 号”并没有环绕天王星,只是雁过留痕。此后,一直没有探测器到达过天王星。

预计我国的天王星探测器,大约会在 2046 年前后发射。

以上内容,只是我国深空探测的冰山一角,中国航天从来都有着更远大的目标,也从不会停下迈向深空的脚步。

如同我国的航天前辈一样,现在和未来的中国航天人将会不断开拓进取,打造更多、更远、更复杂的深空探测器,去揭开更多太空中的神秘面纱。

最后,也要向仍在地球轨道上飞行的东方红一号说一声:“生日快乐!”

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出品:科普中国

制作:鸑鷟鹓鶵

监制:中国科学院计算机网络信息中心

@中国科普博览

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