小天體探測任務統計與分析

王冠武小琴（ 中國空間技術研究院 北京空間機電研究所）

小天體探測任務統計與分析

王冠1武小琴2（1 中國空間技術研究院 2 北京空間機電研究所）

Statistics and Analysis of Small Body Exploration Mission

截至2016年底，世界各國針對月球以遠的太陽系天體共開展過244次探測活動，其中專門的小天體探測任務為14次，僅次于月球（114次）、火星（43次）和金星（41次）探測任務。此外，包括“國際彗星探測者”（ICE）、“維加”（Vega）、“伽利略”（Galileo）在內的8次其他天體探測任務在擴展任務階段和飛行過程中也對小天體進行了飛越探測，稱為擴展小天體探測任務。這22次任務針對不同的小天體進行了探測，實現了飛越、撞擊、環繞、著陸和采樣返回等多種探測形式，取得了一系列重大的探測成果。美國、日本、歐洲航天局（ESA）和俄羅斯等多個航天國家或機構都制訂了明確的小天體探測計劃，未來小天體探測仍將是空間探測的一個重要發展方向。

1 小天體探測發展歷程分析

小天體探測的起步較晚，20世紀80年代，世界主要航天國家才開始關注小天體探測。小天體探測的發展主要可以分為2個時期，分別為1986年以前的探測熱潮期和1996年以后的探測穩步發展期。小天體探測熱潮期主要由哈雷彗星的到來引起，當時日本、歐洲、蘇聯和美國都參與了哈雷彗星的探測，共進行了3次專門的小天體探測任務和3次擴展小天體探測任務，這6次飛越哈雷彗星的探測任務被稱為“哈雷艦隊”，實現了對哈雷彗星的詳盡觀測；小天體探測穩步發展期由美國和日本引導，共進行了11次專門的小天體探測任務和3次擴展小天體探測任務，實現了從飛越到采樣返回的各類小天體探測方式。在這兩個主要的探測時期之間，美國還進行了2次擴展小天體探測任務。

小天體探測熱潮期發生在空間探測的平靜期（1980－1993年），整個平靜期全球總共只進行了16次空間探測任務，其中6次任務參與了哈雷彗星的探測。當時，哈雷彗星將時隔76年再次返回內太陽系，科學家積極倡議開展對哈雷彗星的探測。日本和歐洲分別設定了針對哈雷彗星的探測任務，期望在小天體探測領域取得領先優勢，蘇聯也決定令其“維加”探測器在完成金星探測后飛越哈雷彗星。而作為航天強國的美國在當時遭受財政問題，在1979－1988年的10年期間完全停滯了空間探測任務的發射，在此次哈雷彗星的探測熱潮中并未設立專門的探測任務。但美國航空航天局（NASA）并不想放棄機會，提出了利用已經完成主要任務的國際日地探險者－3（ISEE－3）進行彗星探測，并在1983年將其更名為“國際彗星探險者”，開始彗星探測之旅。1985年12月，“國際彗星探險者”飛越賈可比尼－秦諾彗星，實現了首次彗星探測，取得了彗星探測的先機。1986年3月，“哈雷艦隊”的6顆探測器對哈雷彗星進行了聯合探測，獲得了哈雷彗星的眾多珍貴資料，同時也結束了小天體探測的熱潮。

小天體探測任務

1986－1995年，小天體探測進入平靜期，只有美國開展了2次擴展小天體探測任務。1996年開始，小天體探測重新開啟，美國、日本、歐洲和中國都開展了對于小天體的探測任務，獲得了小天體的諸多珍貴資料。同時，小天體探測也成為了先進空間探測技術的試驗場，小推力推進技術、深空采樣返回技術等都在小天體探測中得到了首次應用。在小天體探測穩步發展期內，各國主要以數量眾多的小行星作為探測目標。其中，美國開展了數量最多、方式多樣的小天體探測任務，日本成功實施了小行星采樣返回任務，一舉取得了小行星探測的領先地位，歐洲實現了彗星的環繞和著陸，中國的嫦娥－2完成了4179號圖塔蒂斯小行星的飛越探測。未來10年內，小天體探測將保持每5年2～4次的任務發射頻率，繼續穩步發展。

從小天體探測開始以來，幾乎所有火星以遠的空間探測任務都加入了小天體探測的元素，包括“伽利略”、“卡西尼-惠更斯”、“新視野”等。這些任務在飛行過程中都會經過小行星帶，因此美國航空航天局在設計這些任務的轉移軌道時均考慮令其順便探訪小天體目標，這樣做有益于提高任務的科學回報。

2 小天體探測進展分析

經過30余年的發展，世界主要航天國家在小天體探測方面都取得了不同程度的進展。美國在探測次數上占據絕對的優勢，共開展了7次專門的小天體探測任務，其中彗星探測任務3次，小行星探測任務4次，另有5次其他探測任務在轉移期間或擴展任務期間對小天體進行了探測；日本緊隨美國之后，共開展了5次專門的小天體探測任務，包括2次彗星探測任務，3次小行星探測任務；歐洲則開展了2次專門的小天體探測任務，都是圍繞彗星展開的探測任務；蘇聯利用金星探測器進行了2次彗星探測任務，中國利用月球探測器進行了1次小行星探測任務。

所有探測小天體的空間探測任務統計

這22次任務中，很多探測器進行了多個小天體目標的探測，小天體共計被探測了26次（包括灶神星和谷神星），其中被探測多次的小天體有哈雷彗星（6次）和坦普爾－1彗星（2次）。換句話說，人類目前已經實現了對20顆小天體的探測，其中美國探測了14顆小天體，日本探測了2顆小天體，歐洲探測了5顆小天體，蘇聯探測了1顆小天體，中國探測了1顆小天體。美國、歐洲、日本、蘇聯都探測了哈雷彗星。

小天體探測任務的探測目標及探測方式統計

按照探測方式考慮，小天體探測大多為飛越探測，環繞、著陸以及采樣返回的次數很少。這是因為環繞和著陸的難度較大，并且很多次小天體探測不是主要任務目標。除了飛越探測以外，美國實施了1次彗星撞擊，1次彗星飛越采樣返回，2次小行星環繞，1次小行星環繞和著陸，“奧西里斯”仍在飛行途中；日本實施了1次小行星環繞和著陸采樣返回，隼鳥－2則仍在飛行途中；歐洲則實施了1次彗星環繞和著陸。可以看出，美國在小天體探測任務多樣性和探測深度上處于領先，日本和歐洲則分別在小行星和彗星探測上具有一定的優勢。

3 未來小天體探測計劃

小天體探測不僅具有空間資源利用和探測太陽系起源的意義，還是火星載人探測技術試驗的關鍵階段之一。另外，小天體對地球存在潛在碰撞威脅也引起了巨大的關注。目前，美國和日本都制定了明確的小行星探測計劃，其他航天國家也表達了實施小行星探測的意愿。

美國計劃在2025年前再實施數次小行星探測任務，包括與歐洲航天局合作實施的“小行星撞擊與偏轉評估任務”（AIDA），以及2017年新選定的兩項隸屬于“發現計劃”的小行星探測任務“露西”（Lucy）和“賽姬”(Psyche)等。

日本通過小行星采樣探測，走出了獨特的空間探測之路，并取得了巨大的成功。未來，日本將繼續發展小行星采樣返回探測，使日本空間科學研究和空間探測技術得到進一步的發展。2014年，日本成功發射了隼鳥－2，目標是對C類小行星1999 JU3進行采樣返回任務，該任務現在還在飛向目標的旅途當中。

其他國家方面，俄羅斯對小行星阿波菲斯的探測計劃尚在定義階段，韓國方面宣稱將于2032年發射小行星采樣返回探測器，印度方面也表示將適時開展小行星探測。