空間科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

+ 王曉海 空間電子信息技術(shù)研究院 空間微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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空間科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

+ 王曉海 空間電子信息技術(shù)研究院 空間微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本文對(duì)空間科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，

1 引言

自1957年至今，人類航天活動(dòng)已經(jīng)歷了五十多年的發(fā)展歷程。1957年10月4日，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了人類首顆人造地球衛(wèi)星，開辟了人類探索外層空間活動(dòng)的新時(shí)代。

用于進(jìn)行空間科學(xué)探測(cè)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的衛(wèi)星稱之為空間科學(xué)衛(wèi)星。它攜帶著各種儀器，穿行于大氣層和外層空間，收集來自空間的各種信息，使人們對(duì)宇宙有了更深的了解，為人類進(jìn)入太空、利用太空提供了十分寶貴的資料。

空間科學(xué)衛(wèi)星體系主要包括：空間天文物理探測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)、日地關(guān)系物理探測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)。天文物理探測(cè)衛(wèi)星是指采用各種探測(cè)技術(shù)利用外層空間進(jìn)行各電磁譜段探測(cè)、引力波探測(cè)等的空間天文物理研究的衛(wèi)星。日地關(guān)系物理探測(cè)衛(wèi)星是對(duì)日地物理現(xiàn)象和過程進(jìn)行探測(cè)研究的人造衛(wèi)星。空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星指用于進(jìn)行空間物理學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間化學(xué)實(shí)驗(yàn)、微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)（包含空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)）、空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)用的衛(wèi)星。

空間科學(xué)有效載荷是指搭載于科學(xué)衛(wèi)星上，用于科學(xué)數(shù)據(jù)的收集、探測(cè)、校準(zhǔn)、轉(zhuǎn)換和處理，并據(jù)此研究發(fā)生在宇宙空間的物理、天文、化學(xué)和生命等自然現(xiàn)象及其規(guī)律的載荷。具體在本文中主要指用于進(jìn)行空間科學(xué)探測(cè)的有效載荷。

2 空間科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 空間天文探測(cè)衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

美國(guó)依靠其強(qiáng)大的空間技術(shù)和雄厚的天體物理理論基礎(chǔ)，成為當(dāng)今空間天文探測(cè)的領(lǐng)頭羊，占據(jù)了世界的絕對(duì)領(lǐng)先位置。歐洲在空間天文探測(cè)方面的成就僅次于美國(guó)，在很多領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。日本在空間天文探測(cè)方面也非常活躍，在X射線探測(cè)和空間VLBI探測(cè)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先。

2.1.1 美國(guó)“哈勃空間望遠(yuǎn)鏡”（HST）

1990年發(fā)射的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡是迄今為止最為復(fù)雜的航天器之一。主要科學(xué)載荷包括：廣角行星相機(jī)、暗弱天體光譜儀、戈達(dá)德高分辨率光譜儀、高速光度計(jì)、暗弱天體照相機(jī)、精密導(dǎo)引敏感器、矯正透鏡組軸心替代系統(tǒng)、近紅外光相機(jī)及目標(biāo)分光測(cè)熱計(jì)、太空望遠(yuǎn)鏡照相光譜儀、先進(jìn)巡天相機(jī)。

2.1.2 美國(guó)“斯必?fù)窦t外天文望遠(yuǎn)鏡”（SIRTF）

2003年8月25日，美國(guó)發(fā)射了SIRTF。主要科學(xué)載荷有低溫主望遠(yuǎn)鏡、紅外陣列相機(jī)、紅外光譜儀、多波段成像光度計(jì)等。

2.1.3 美國(guó)“開普勒天文望遠(yuǎn)鏡”（KEPLER）

2009年3月7日，NASA發(fā)射了KEPLER望遠(yuǎn)鏡，它將利用先進(jìn)光學(xué)探測(cè)器組合捕獲繞母星運(yùn)行的太陽系外行星所引起的細(xì)微光線變化。探測(cè)器主要由望遠(yuǎn)鏡和相機(jī)構(gòu)成。

2.1.4 美國(guó)“寬視場(chǎng)紅外巡天探測(cè)器”（WISE）

2009年12月14日，NASA發(fā)射了WISE天文觀測(cè)衛(wèi)星，其主要任務(wù)是觀測(cè)與拍攝小行星、彗星、恒星和遙遠(yuǎn)宇宙中的星系團(tuán)照片。衛(wèi)星搭載有1臺(tái)紅外望遠(yuǎn)鏡和其他4臺(tái)紅外探測(cè)設(shè)備。

2.1.5 美國(guó)“核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列”（NuSTAR）

2012年6月13 日，NASA成功發(fā)射“核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列”（NuSTAR）衛(wèi)星。NuSTAR將使用獨(dú)特的設(shè)備觀測(cè)宇宙爆發(fā)的最高能X射線。

2.1.6 歐洲“雨燕”（Swift）

2004年11月，“雨燕”（Swift）衛(wèi)星發(fā)射升空。Swift是觀測(cè)γ射線暴（GRB）快速反應(yīng)的天文衛(wèi)星，主要科學(xué)載荷由3臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組成，提供對(duì)GRB及其余輝的快速識(shí)別和多波長(zhǎng)跟蹤。

2.1.7 歐洲“對(duì)流旋轉(zhuǎn)和行星凌星”（COROT）

2006年12月27日，歐洲發(fā)射了COROT太空望遠(yuǎn)鏡——全球首個(gè)專門從大氣層外觀察太陽系外行星的空間探測(cè)器。衛(wèi)星載有1臺(tái)望遠(yuǎn)鏡和2臺(tái)CCD相機(jī)。

2.1.8 歐洲“赫歇爾”（Herschel）

2009年5月14日，歐洲Herschel成功發(fā)射，它是第1個(gè)覆蓋整個(gè)遠(yuǎn)紅外譜段和亞毫米譜段的航天器。它攜帶的3臺(tái)科學(xué)儀器是遠(yuǎn)紅外外差儀器（HIFI）、光度探測(cè)器陣照相機(jī)和光譜儀（PACS）、譜和光度成像射頻接收機(jī)（SPIRE）。

2.1.9 歐洲“普朗克”（Plank）

Plank將以前所未有的精度測(cè)定宇宙中各區(qū)域宇宙微波背景溫度極其細(xì)微的活動(dòng)。衛(wèi)星攜帶有一臺(tái)帶有遮擋板的離軸格利高里望遠(yuǎn)鏡和2臺(tái)科學(xué)儀器，其中低頻儀器是高電子遷移晶體管無線電接收機(jī)陣列，高頻儀器是三角形測(cè)熱輻射微波探測(cè)器陣列。

2.1.10 日本極先進(jìn)的通訊和天文實(shí)驗(yàn)室（HALCA）

日本于1989年4月正式開始實(shí)施VSOP（VLBI Space Observatory Program），并于1997年成功發(fā)射HALCA（Highly Advanced Laboratory forCommunication and Astronomy）衛(wèi)星，成為人類首個(gè)空間VLBI（Very Long Baseline Interferometer）衛(wèi)星。

2.1.11 日本天文觀測(cè)衛(wèi)星（ASTRO-E2）

2005年7月10日，日本發(fā)射了ASTRO-E2—第5顆X射線天文觀測(cè)衛(wèi)星。它攜帶3臺(tái)科學(xué)載荷：X射線微熱量計(jì)、X射線成像光譜儀（XIS）和硬X射線探測(cè)器（HIS）。

2.1.12 日本天文觀測(cè)衛(wèi)星（ASTRO-F）

2006年2月22日，日本成功發(fā)射ASTRO-F，該衛(wèi)星的主要任務(wù)是探測(cè)銀河系的演變，研究恒星和行星黑物質(zhì)和褐矮星的形成。衛(wèi)星安裝了1臺(tái)紅外太空望遠(yuǎn)鏡和2臺(tái)焦平面儀器—遠(yuǎn)紅外測(cè)量?jī)x（FIS）和紅外相機(jī)（IRC）。

2.1.13 日本高功能科學(xué)小衛(wèi)星（INDEX）

2005年8月24日，日本發(fā)射INDEX小衛(wèi)星，其科學(xué)任務(wù)是觀測(cè)極光的精細(xì)結(jié)構(gòu)。載有多光譜極光相機(jī)（MAC）、電子/離子能譜分析儀（ESA / ISA）、電流監(jiān)視儀（CRM）以及科學(xué)數(shù)據(jù)處理單元（SHU）。

2.1.14 印度天文衛(wèi)星（ASTROSAT）

天文衛(wèi)星是印度的多波段天文觀測(cè)衛(wèi)星，科學(xué)載荷包括：3臺(tái)X射線儀器——大區(qū)域氙填充均衡計(jì)數(shù)器（LAXPC）、軟X射線望遠(yuǎn)鏡（SXT）和鎘-鋅-碲化物陣列、紫外線成像望遠(yuǎn)鏡（UVIT）、X射線掃描天空監(jiān)視器（SSM）。

2.1.15 印度熱帶云衛(wèi)星（Megha-Tropiques）

印度熱帶云衛(wèi)星將裝載3臺(tái)科學(xué)載荷：MADRAS多頻微波掃描輻射計(jì)、SAPHIR多通道微波儀器、SCARAB多通道儀器。

2.1.16 韓國(guó)科學(xué)技術(shù)衛(wèi)星（STSAT-3）

STSAT-3衛(wèi)星是一顆多用途微衛(wèi)星，其主要任務(wù)是：在紅外譜段拍攝銀河系的天文圖像和宇宙背景圖像；提供對(duì)地觀測(cè)的紅外圖像和高光譜圖像以及進(jìn)行新技術(shù)驗(yàn)證。衛(wèi)星上裝載科學(xué)載荷主要有多用途紅外成像儀（MIRIS）和成像光譜儀（COMIS）。

2.1.17 俄羅斯小型科學(xué)衛(wèi)星（CHIBIS—M）

CHIBIS—M衛(wèi)星包括X和γ射線探測(cè)器、紫外線探測(cè)器、等離子波檢測(cè)儀、無線電頻率分析儀和光學(xué)數(shù)碼相機(jī)。

2.2 空間物理探測(cè)衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

空間物理是空間科學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容，主要研究太陽系中各行星的物理現(xiàn)象與規(guī)律，研究空間環(huán)境及其對(duì)人、對(duì)空間活動(dòng)和生態(tài)環(huán)境的影響。

2.2.1 月球探測(cè)

1998年1月7日美國(guó)發(fā)射了“月球勘探者”探測(cè)器，這標(biāo)志著重返月球計(jì)劃的真正實(shí)施。“月球勘探者”攜帶γ譜儀、中子譜儀、電子反射儀和磁強(qiáng)計(jì)等科學(xué)載荷。

歐洲第1個(gè)月球探測(cè)器——斯瑪特-1（SMART-1）主要有效載荷有：先進(jìn)月球成像實(shí)驗(yàn)儀（AMIE）、紅外光譜儀（SIR）、小型X射線光譜儀（DCIXS）等7臺(tái)科學(xué)載荷。

2007年9月14日，日本“月亮女神”繞月探測(cè)衛(wèi)星升空，開始了它為期一年的探月之旅。“月亮女神”共攜帶熒光X射線分光計(jì)、月球雷達(dá)探測(cè)器、伽馬射線分光計(jì)、多頻帶成像儀、光譜剖面儀、地形照相機(jī)、激光高度計(jì)、月球磁力計(jì)、帶電粒子頻譜儀、等離子觀測(cè)裝置、中繼衛(wèi)星、高層大氣等離子成像儀、甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量電波源、高清晰度影像拍攝系統(tǒng)等14種科學(xué)載荷。

美國(guó)的“月球勘測(cè)軌道器”（LRO）、“月球坑觀測(cè)與遙感衛(wèi)星”（LCROSS）于2009年6月18日成功發(fā)射。LRO上的科學(xué)載荷有：LRO相機(jī)（LROC）、月球軌道器激光高度計(jì)（LOLA）、微型雷達(dá)（Mini RF）、月球探測(cè)中子探測(cè)器（LEND）、月球輻射計(jì)（DLRE）、紫外成像光譜儀（LAMP）、宇宙射線輻射效應(yīng)望遠(yuǎn)鏡（CRTER）；LCROSS上的科學(xué)載荷有5臺(tái)相機(jī)（1臺(tái)VIS，2臺(tái)NIR，2臺(tái)MIR）、3臺(tái)光譜儀（1臺(tái)VSP，2臺(tái)NSP）和1臺(tái)總亮度光度計(jì)（TLP）。

2011年9月10日，美國(guó)發(fā)射了“月球重力場(chǎng)反演與內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室”（GRAIL）科學(xué)探測(cè)器。其上裝載有月球重力測(cè)距系統(tǒng)（LGRS）和小型月球成像系統(tǒng)（Moon KAM）兩類載荷。

印度“月球初航”- 1裝載的科學(xué)載荷有：地形繪圖立體相機(jī)（TMC）、超光譜楔型濾光器相機(jī)、校準(zhǔn)低能X射線分光計(jì)、高能X射線繪圖儀、太陽X射線監(jiān)視器、激光測(cè)距儀、月球沖擊探針、成像X射線分光計(jì)、近紅外分光計(jì)、低能原子反射分析儀、輻射劑量監(jiān)視器、袖珍型合成孔徑雷達(dá)、月球礦物學(xué)制圖儀。

2013年10月6日，美國(guó)成功發(fā)射“月球大氣與塵埃環(huán)境探測(cè)器”（LADEE）科學(xué)探測(cè)器。其上裝載有月球塵埃分析儀、中性粒子質(zhì)譜儀、紫外光和可見光光譜儀。

2.2.2 火星探測(cè)

在火星探測(cè)方面，蘇聯(lián)起步很早，1960年10月10日發(fā)射的火星- 1（Mars1）號(hào)探測(cè)器是人類第一個(gè)飛往火星的探測(cè)器；1971年5月28日發(fā)射的火星-3（Mars3）號(hào)探測(cè)器是蘇聯(lián)第一個(gè)在火星表面著陸的探測(cè)器。

1996年11月7日美國(guó)發(fā)射的“火星全球勘測(cè)者”（Mars Global Surveyor），于1997年9月12日進(jìn)入火星軌道，成為近20年第一個(gè)成功登陸火星的探測(cè)器。主要科學(xué)載荷有：火星軌道器相機(jī)（MOC）、火星軌道器激光高度計(jì)（MOLA）、熱輻射光譜儀（TES）、磁強(qiáng)計(jì)、射電科學(xué)儀（重力場(chǎng)試驗(yàn)）。

1996年12月4日，美國(guó)發(fā)射了“火星探路者探測(cè)器”（Mars Pathfinder），于1997 年7月4 日到達(dá)火星并成功軟著陸。火星探路者攜帶的科學(xué)載荷包括大氣結(jié)構(gòu)測(cè)量?jī)x器/氣象包（ASI/MET）、立體照相機(jī)（成像儀）、α質(zhì)子X射線光譜儀（APXS）。

1998年12月發(fā)射的“火星氣候軌道器”（Mars Climate Orbiter）著陸器上的主要科學(xué)載荷是壓力調(diào)節(jié)紅外輻射計(jì)和彩色成像儀。

1999 年1 月3 日發(fā)射的“火星極地著陸器”（Mars Polar region Lander）主要科學(xué)載荷有火星揮發(fā)物和氣候觀測(cè)儀（MVACS）、火星極地著陸器火星降落相機(jī)（MARDI）、激光雷達(dá)（LIDAR）等。

2001年4月7日，“奧德賽”火星探測(cè)器（Mars Odyssey）主要科學(xué)載荷：熱輻射成像系統(tǒng)（THEMIS）、γ射線光譜儀（GRS）、火星輻射環(huán)境實(shí)驗(yàn)儀器（MARIE）。

“勇氣號(hào)” 于2003年6月10日成功發(fā)射并飛向火星，“機(jī)遇”號(hào)隨后于2003年7月7日發(fā)射。勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)攜帶的科學(xué)載荷包括：高分辨率的彩色立體CCD全景攝像機(jī)、顯微成像儀、莫氏分光儀（MB）、微型熱輻射光譜儀、α粒子和X射線光譜儀、巖石研磨工具。

“火星勘查軌道器”（Mars Research Orbiter）是美國(guó)于2005年8月10發(fā)射升空，主要科學(xué)載荷有：高分辨率相機(jī)（HiRISE）、高光譜成像光譜儀（CRISM）、背景相機(jī)（CTX）、彩色相機(jī)（MARCI）、氣候探測(cè)儀（MCS）、淺層探測(cè)雷達(dá)（SHARAD）。

美國(guó)新一代火星探測(cè)器“火星大氣與揮發(fā)物演變”（MAVEN）于2013年11月18日成功發(fā)射。MAVEN探測(cè)器有中性氣體和離子質(zhì)譜儀（NGIMS）和紫外成像光譜儀（IUVS）。

2013年11月5日，印度成功發(fā)射了第一個(gè)火星探測(cè)器“曼加里安”（Mangalyaan）。探測(cè)器上的5臺(tái)科學(xué)探測(cè)儀器有萊曼-阿爾法光度計(jì)（LAP）、火星甲烷探測(cè)儀（MSM）、火星外大氣層成分探測(cè)器分析儀（MENCA）、彩色相機(jī)（MCC）、火星紅外光譜探測(cè)儀（PRISM）。

歐洲發(fā)射的火星探測(cè)器不多，但參與了大部分的美國(guó)探測(cè)器的研究工作。歐洲發(fā)射的最著名的火星探測(cè)器是火星快車（Mars Express）。主要科學(xué)載荷有：高分辨率立體相機(jī)（HRSC）、紅外礦物繪制光譜儀（OMEGA）、紅外和紫外大氣分光計(jì)（SPICAM）、行星傅立葉分光計(jì)（PFS）、空間離子和高能原子分析儀（ASPERA）、火星射電科學(xué)試驗(yàn)儀器（MARS）、火星地下探測(cè)雷達(dá)/高度計(jì)（MARSIS）。

中俄聯(lián)合火星探測(cè)項(xiàng)目中俄方探測(cè)器上計(jì)劃裝載的科學(xué)載荷有）等離子體—磁場(chǎng)探測(cè)系統(tǒng)（PhPMS）、微小粒子監(jiān)測(cè)器（METEOR）、土壤含氣質(zhì)譜分析載荷系統(tǒng)、紅外分析儀、中子及γ射線分析儀、次級(jí)離子質(zhì)譜儀、長(zhǎng)波雷達(dá)、紅外顯微鏡等。

2.2.3 其它行星探測(cè)

“金星快車”（Venus Express）是歐洲航天局（ESA）第1個(gè)金星探測(cè)器，也是世界第1個(gè)對(duì)金星大氣和等離子環(huán)境進(jìn)行全球研究的探測(cè)器。“金星快車”的科學(xué)載荷包括：空間等離子和高能原子分析儀- 4 （ASPERA - 4）、磁力計(jì)（MAG）、行星傅里葉分光計(jì)（PFS）、金星大氣特性研究分光計(jì)（SPICAV）、金星無線電探測(cè)儀（VeRa）、可見光-紅外熱成像分光計(jì)（VIRTIS）、金星監(jiān)測(cè)相機(jī)（VMC）。

MESSENGER水星探測(cè)器是NASA“發(fā)現(xiàn)計(jì)劃”的第7項(xiàng)任務(wù)，于2004年8月3日發(fā)射。MESSENGER攜帶8臺(tái)科學(xué)載荷：水星雙重成像系統(tǒng)（MDIS）、γ射線和中子分光計(jì)（GRNS）、X射線分光計(jì)（XRS）、磁力計(jì)（MAG）、水星激光高度計(jì)（MLA）、水星大氣和表面成分分光計(jì)（MASCS）、高能粒子和等離子體分光計(jì)（EPPS）、無線電科學(xué)研究（RS）。

1997年10月15日發(fā)射的Cassini是世界第1個(gè)專用土星探測(cè)器。“卡西尼”號(hào)攜帶的科學(xué)載荷有：圖像科學(xué)分系統(tǒng)（ISS）、可見光和紅外測(cè)繪光譜儀（VIMS）、復(fù)合紅外光譜儀（CIRS）、紫外圖像聲譜攝制儀（UVIS）、雷達(dá)（Radar）、無線電科學(xué)研究（Radio Science）、卡西尼等離子光譜儀（CAPS）、離子和中性物質(zhì)質(zhì)量光譜儀（INMS）、宇宙灰塵分析儀（CDA）、雙磁力計(jì)（MAG）、磁力圈圖像質(zhì)譜儀（MIMI）、無線電和等離子波分系統(tǒng)（RPWS）。

“惠更斯”號(hào)攜帶的科學(xué)載荷有：懸浮物收集器和裂解器（ACP）、下降圖像器和光譜輻射計(jì)（DISR）、多普勒風(fēng)試驗(yàn)（DWE）、氣體色譜儀和質(zhì)譜儀（GCMS）、惠更斯大氣結(jié)構(gòu)儀（HASI）、表面科學(xué)儀器包（SSP）。

2006年1月19日，NASA的“新地平線”（New Horizons）冥王星探測(cè)器發(fā)射升空。它攜帶了7臺(tái)科學(xué)載荷:3架照相機(jī)分別用于拍攝可見光、紅外線和紫外線照片；2臺(tái)光譜儀和1臺(tái)無線電設(shè)備用來研究冥王星大氣及地表物質(zhì)的成分和溫度；還有1部塵埃計(jì)數(shù)器。

2005年1月12日，NASA發(fā)射“深入撞擊”（Deep Impact）的彗星探測(cè)器。主要科學(xué)載荷有：高分辨率成像儀（HRI）、中分辨率成像儀（MRI）、撞擊器目標(biāo)遙感器（ITS）。

歐洲的羅塞塔彗星探測(cè)器（Rosetta）由軌道器和著陸器兩部分組成。其中軌道器攜帶11臺(tái)科學(xué)載荷：光學(xué)分光與紅外遙感成像系統(tǒng)（OSIRIS）、紫外成像光譜儀（ALICE）、可見與紅外熱成像光譜儀（VIRTIS）、羅塞塔軌道器微波儀（MIRO）、羅塞塔軌道器離子與中子分析光譜儀（ROSINA）、彗星輔助離子質(zhì)量分析儀（COSIMA）、微型成像塵埃分析系統(tǒng)（MIDAS）、利用無線電波傳輸探測(cè)彗核的實(shí)驗(yàn)（CONSERT）、微粒撞擊分析與塵埃收集器（GIADA）、羅塞塔等離子探測(cè)器包（PRC）、無線電科學(xué)研究（RSI）。著陸器攜帶的9 臺(tái)科學(xué)載荷分別是α和X 射線光譜儀（APXS）、彗核紅外和可見光分析器（CIVA）、彗核探測(cè)儀（CONSERT）、彗星取樣和成分實(shí)驗(yàn)（COSAC）、同位素成分氣體分析器（MODULUS）、多用途傳感器（MUPUS ）、“羅塞塔”著陸器成像系統(tǒng)（ROLIS）、鉆探取樣和分布子系統(tǒng)（SD2）、表面電和地震及聲學(xué)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)（SESAME）。

美國(guó)“朱諾”（Juno）木星探測(cè)器于2011年8月5日發(fā)射成功，預(yù)計(jì)2016年7月到達(dá)木星軌道。探測(cè)器上的科學(xué)載荷有磁力計(jì)（MAG）、微波輻射計(jì)（MWR）、重力科學(xué)裝置（GS）、木星高能粒子探測(cè)儀（JEDI）、木星極光分布裝置（JADE）、紫外線光譜儀（UVS）、無線電和等離子體波試驗(yàn)裝置（Waves）、可見光相機(jī)（Juno Cam）、紅外極光光譜儀（JIRAM）。

2012年5月2日，歐洲空間科學(xué)決策機(jī)構(gòu)科學(xué)計(jì)劃委員會(huì)批準(zhǔn)了由歐空局空間科學(xué)顧問委員會(huì)提出的木星探測(cè)任務(wù)建議。該任務(wù)中的“木星冰月探測(cè)器”將于2022年發(fā)射，預(yù)計(jì)2030年初抵達(dá)木星，對(duì)木星及其3顆衛(wèi)星進(jìn)行至少3年的科學(xué)探測(cè)。

3 空間科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 空間天文探測(cè)衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

總結(jié)國(guó)際空間天文衛(wèi)星的技術(shù)發(fā)展，空間天文衛(wèi)星有效載荷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面：

3.1.1 探測(cè)距離越來越遠(yuǎn)

航天推進(jìn)技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)提高，在初次始發(fā)動(dòng)力上給予有力保障，同時(shí)伴隨著空間在軌服務(wù)技術(shù)，特別是空間在軌燃料加注技術(shù)的逐漸發(fā)展，使得探測(cè)器二次能源供應(yīng)得到解決，從而可以飛行更遠(yuǎn)更長(zhǎng)。

3.1.2 探測(cè)項(xiàng)目越來越多

衛(wèi)星探測(cè)技術(shù)的發(fā)展有效的促進(jìn)了空間天文學(xué)學(xué)科的發(fā)展，并且學(xué)科理論的發(fā)展要快于實(shí)踐工具（衛(wèi)星探測(cè)技術(shù)）的發(fā)展，于是首先從理論上提出了許多希望要進(jìn)行探測(cè)的項(xiàng)目。

3.1.3 探測(cè)裝備越來越強(qiáng)

在強(qiáng)大需求牽引下，未來的天文探測(cè)衛(wèi)星載荷必定會(huì)具有更加豐富的功能，會(huì)采用更加高級(jí)先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)、采用新型的敏感器件等等，才能滿足要求，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜強(qiáng)大的探測(cè)。

3.1.4 光學(xué)系統(tǒng)越來越大

為了實(shí)現(xiàn)極高的靈敏度和空間分辨率，天文觀測(cè)衛(wèi)星需要越來越大的光學(xué)系統(tǒng)口徑，為實(shí)現(xiàn)大口徑的光學(xué)系統(tǒng)，引出一系列相關(guān)的鏡面制造技術(shù)、拼接技術(shù)、測(cè)試技術(shù)及自主光學(xué)技術(shù)。

3.1.5 系統(tǒng)溫度越來越低

為了實(shí)現(xiàn)高靈敏度天文物理探測(cè)、特別是紅外譜段的天文探測(cè)，要求望遠(yuǎn)鏡和探測(cè)器的溫度越來越低，目前要求望遠(yuǎn)鏡的溫度達(dá)到幾十K、甚至幾K，探測(cè)器的溫度要求在幾K，甚至幾十mK的量級(jí)，而且由于壽命和振動(dòng)的要求，需要更多的先進(jìn)低溫技術(shù)。包括主動(dòng)低溫制冷技術(shù)、儲(chǔ)能式低溫控制技術(shù)、大型太陽屏技術(shù)、低溫傳熱部件、低溫機(jī)構(gòu)部件、低溫測(cè)量技術(shù)、低溫測(cè)試技術(shù)等。

3.1.6 系統(tǒng)精度越來越高

為了實(shí)現(xiàn)高靈敏度天文物理探測(cè)，對(duì)各系統(tǒng)的精度要求越來越高，包括系統(tǒng)級(jí)和分系統(tǒng)級(jí)。主要包括高精度編隊(duì)飛行技術(shù)、高精度姿態(tài)控制技術(shù)、高精度授時(shí)技術(shù)、高精度測(cè)量技術(shù)、高精度熱控技術(shù)、高精度鏡面面型控制技術(shù)、及相關(guān)的試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)等。

3.2 空間物理探測(cè)衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

未來空間物理探測(cè)任務(wù)將不再局限于單顆衛(wèi)星在某一局部區(qū)域的探測(cè)。空間物理衛(wèi)星將覆蓋在整個(gè)太陽-地球連線進(jìn)行全范圍的探測(cè)，一方面，在衛(wèi)星任務(wù)實(shí)現(xiàn)中，許多空間物理衛(wèi)星技術(shù)和探測(cè)載荷直接應(yīng)用于未來的空間物理探測(cè)任務(wù)；另一方面，未來的許多空間物理衛(wèi)星任務(wù)會(huì)是多星任務(wù)，還有一些任務(wù)需要在太陽軌道進(jìn)行探測(cè)研究。同時(shí)，空間物理衛(wèi)星有效載荷的發(fā)展仍需要在許多技術(shù)方面進(jìn)行改進(jìn)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，主要的技術(shù)趨勢(shì)包括以下幾個(gè)方面：

3.2.1 低質(zhì)量、低成本的有效載荷技術(shù)

空間物理衛(wèi)星主要以小衛(wèi)星平臺(tái)為主，在未來的空間物理探測(cè)中，多星任務(wù)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，在一個(gè)任務(wù)周期內(nèi)完成幾十個(gè)探測(cè)衛(wèi)星及多種有效載荷是衛(wèi)星研制部門將要面對(duì)的巨大挑戰(zhàn)。必須通過技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)低質(zhì)量、低成本衛(wèi)星及有效載荷的設(shè)計(jì)，及制造、裝配和測(cè)試技術(shù)。

3.2.2 質(zhì)量、功耗、高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

空間物理衛(wèi)星不僅僅只在地球軌道，許多衛(wèi)星要發(fā)射到拉格朗日點(diǎn)或者太陽軌道。成像載荷的廣泛使用給衛(wèi)星的數(shù)據(jù)壓縮和存儲(chǔ)技術(shù)提出了苛刻的要求，為了滿足空間物理衛(wèi)星任務(wù)的需求，需開發(fā)小質(zhì)量、低功耗、高密度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。

3.2.3 大區(qū)域星座探測(cè)技術(shù)

未來的許多空間物理衛(wèi)星任務(wù)將是由許多顆小衛(wèi)星組成的覆蓋大區(qū)域的星座探測(cè)計(jì)劃。為了實(shí)現(xiàn)多衛(wèi)星的空間物理探測(cè)任務(wù)，需要開展衛(wèi)星通訊系統(tǒng)、導(dǎo)航、控制等技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星星座的優(yōu)化設(shè)計(jì)和自主運(yùn)行控制。

［1］ 孫青 “日本的高功能科學(xué)小衛(wèi)星—INDEX” 《中國(guó)航天》2006-6 pp32—33

［2］ 盧波、范嵬娜 “歐洲2005—2015年空間科學(xué)發(fā)展規(guī)劃”《國(guó)際太空》2006-7 pp19-23

［3］ 木子 “印度空間科學(xué)計(jì)劃” 《國(guó)際太空》2006-10 pp8—10

［4］ 盧波、原民輝 “歐洲2005—2015年空間科學(xué)發(fā)展規(guī)劃研究” 《中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間探測(cè)專業(yè)委員會(huì)第十九次學(xué)術(shù)會(huì)議論文集》pp18-25

［5］ 吳季 “試論開展空間科學(xué)和探測(cè)計(jì)劃的國(guó)家需求”《中國(guó)科學(xué)院院刊》2008年第23卷第6期pp492-498

［6］ 程紹馳、劉映國(guó) “‘國(guó)際空間站’空間科學(xué)與應(yīng)用發(fā)展及影響分析” 《國(guó)際太空》2010-12 pp39—45

［7］ 鄭永春、鄒永廖、付曉輝 “月亮女神探月計(jì)劃的有效載荷與科學(xué)探測(cè)綜述” 《航天器工程》 2011年第20卷第3期 pp108-120

［8］ 鄭永春、鄒永廖、付曉輝 “LRO和LCROSS探月計(jì)劃：科學(xué)探測(cè)的分析與啟示” 《航天器工程》 2011年第20卷第4期 pp117-130

［9］ 周峰、鄭國(guó)憲、蘇云 “國(guó)外深空探測(cè)光學(xué)遙感載荷發(fā)展現(xiàn)狀與啟示” 《航天返回與遙感》 2012年第33卷第1期 pp16-22

［10］安恒、楊生勝、薛玉雄、石紅、把得東、曹洲 “國(guó)外月球探測(cè)有效載荷進(jìn)展?fàn)顩r” 《真空與低溫》2012年第18卷第4期 pp194-200

［11］楊帆、王海霞、韓淋 “國(guó)際空間計(jì)劃加速基本科學(xué)問題和空間技術(shù)的重大突破” 《中國(guó)科學(xué)院院刊》2013年第28卷第5期 pp596-598

［12］張?jiān)隆⒔菇ǔ?“韓國(guó)搭載首個(gè)紅外相機(jī)的‘科學(xué)技術(shù)衛(wèi)星3號(hào)’成功發(fā)射” 《航天返回與遙感》 2013年第34卷第6期 pp95-96