人类深空探索之路

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人类深空探索之路
2013-11-27 新华网




“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮中。”——齐奥尔科夫斯基（1857-1935）火箭专家、宇航理论先驱




1957年10月4日，苏联在拜科努尔航天发射场使用R-7运载火箭把一颗名叫斯普特尼克1号的小东西发射升空，成为第一颗进入地球轨道的人造物。虽然这是个重仅83.6公斤，带三根鞭状“尾巴”的球状简陋设备，但它的伟大之处在于开启了人类迈入太空时代的大门。




从发射第一颗卫星起，人们的目光就早已超越了地球轨道。在随后的几年，苏联和奋起直追的美国不断尝试向月球发射探测器——苏联的“月球号”系列和美国“先驱者”计划正是为此目的而研制。受限于早期科技水平，这些探测器失败率极高。图为1958年，美国工程师正在组装先驱者3号月球探测器，稍后它也将成为众多失败品中的一员。




1959年9月12日苏联发射了月球2号探测器，执行月球硬着陆（撞击）任务。1959年10月4日，月球3号升空。人们的不屈不挠有了回报：月球2号成为第一个登上其他星球的人造物体；月球3号则摄到了历史上首张月球背面的照片。虽然月球3号的照片粗糙不堪，但这已是当年人类宇航技术的最高水平。




美国早期深空探测的“先驱者计划”结果也堪称悲壮，只有1960年3月11日发射的用于太阳系环境探测的先驱者5号成功，其余的要么发射失败，要么没能收集到预定数据。




1960年，作为对苏联的回应，美国总统肯尼迪宣布启动阿波罗计划，将人送上月球。作为阿波罗计划的铺垫，需要在登月前对月球表面具体状况有一定的了解。1960年代，美国开始实施“徘徊者计划”，徘徊者的目的是拍摄月面高解析度照片，该系列飞船被设计成撞向月球表面，并在撞毁之前不断将影像传回地球。最初的徘徊者遭遇到和先驱者同样的挫败。




前6次的徘徊者任务因为各种原因全部失败，不过科学家们在这些失败中也学到了足够多的教训。1964年7月28日，徘徊者7号发射升空。这艘太空船携带了6台摄像机，每一台都彼此独立工作。徘徊者7号于7月31日抵达月球，在撞击开始的17分钟里传回4,308张高清晰度的照片，其中最后一张照片拍摄于月面上空488米，画面中能辨识出直径仅38厘米的坑穴。后续的徘徊者系列终于时来运转，徘徊者7-9号全部取得成功，为阿波罗登月提供了大批一手材料。




在绕飞、硬着陆相继取得进展后，月球探测自然而然地进入软着陆研究阶段。起先照例是一连串的失败。直到1966年2月3日，苏联的月球9号探测器成为人类第一个在其他星球成功软着陆的探测器。4个月后，美国勘探者1号也成功降落在月球上。




1966年5月30日，宇宙神-半人马座AC-10火箭携带勘探者1号升空。勘探者计划在早期的地外探索领域拥有罕有的高成功率，7艘探测器中的5艘完成了使命。在这个计划之前，美国人不知道月球土壤的厚度有多深，太空人是否可以登陆，勘测者们证明登陆是有可能的。




1969年11月19日，阿波罗12号飞船登陆月球，这次的着陆点选在了勘探者3号探测器附近。美国宇航员拜访了这个曾为他们登陆出过力的功臣，还拆下勘探者3号的部分零件返回地球。




随着1969年预期的阿波罗载人登月时间节点的临近，美国发起了月球轨道器计划。此计划主要目的在于拍摄月面全图，为阿波罗飞船登月选择理想着陆点。一共发射了5枚月球轨道器系列探测器，全部获得了成功。




月球轨道器计划的一个额外收获是历史上首次拍摄到地球的全貌——虽然很多携带相机的卫星和探测器比它们更早升空，但由于透视效果的原因，运行在近地轨道上的卫星是无法拍摄到完整的地球的。图为1966年8月，NASA向公众展示月球轨道器1号摄得的地升景像。




为了把人类送上月球，美国和苏联都在通过各自的方式进行技术上的准备。1968年9月15日，苏联发射了携带海龟等试验生物的探测器5号，它们是第一批环绕其他星体的生物。探测器5号的外形看起来就像今天的联盟号飞船去掉了轨道舱——实际上联盟飞船最初的发展目的就是服务于苏联载人登月项目的。探测器5号在环绕月球后成功返回地球，证明生物体能够承受太空旅行。




在1969年7月20日阿波罗11号将宇航员送上太空后，深知在月球竞赛上大势已去的苏联人的探月频率也有所减少。不过1970年9月12日，苏联还是发射了名为月球16号的无人探测器。这是首个完成月球采样并返回地球的无人探测器。带回101克月球土壤样本，为苏联人挽回了面子。不过从另一层意义上讲，这也证明随着技术进步，最终没有什么太空任务是只有宇航员能做而机器做不了的。




1970年11月10日，苏联又将月球17号送往月球。月球17号本身没有什么出彩之处，这次任务真正的核心在于它搭载着世界上第一台成功的月球车。月球车1号重达750多公斤，看起来就像口装了8个轮子的大锅。“锅盖”就是它的主要动力来源——一块圆形太阳能电池板。月球车1号任务原定90天，实际上持续了322天。整个寿命周期中，它一共在月球进行了多次巡游，总行程10540米，这在当时是非常了不起的成就。图为月球车1号的研制团队和它的地面测试原型。




早在月球探测刚刚起步的阶段，人们就在着手准备向更遥远的星球进发。即便在月球探测失败率尚如此之高的情况下，苏联人仍然最先向更遥远的火星发射了第一枚探测器。1960年10月10日，火星1A发射，升空过程中因火箭故障失败。这是第一颗专用行星际探测器，不过首颗行星际人造物的殊荣已被1959年1月2日发射的苏联月球1号摘走——原本计划撞击月面的月球2号因为计算失误，误打误撞地错过月球，成了首颗人造太阳行星。




对地球的另一个邻居金星的探测基本同一时期起步，1961年2月12日苏联先声夺人，发射金星1号探测器，可惜这枚探测器同样遭遇了失败。




首次成功的金星探测行动出自美国人的手笔。1962年8月27日，水手2号发射升空，它的任务获得了成功——这是当时美国在宇航领域为数不多领先苏联完成的成就。根据水手2号发回的数据，科学家们推测出金星表明覆盖着厚达60公里的二氧化碳大气层，表面温度高达425摄氏度，比距太阳最近的水星表面还热。图为1965年，访美的英国玛格丽特公主参观水手2号的模型。




随着技术不断成熟，美国人在外太空探索领域开始时来运转。1964年11月28日，水手4号开始了它的旅程，飞掠火星。不到一个月前发射的它的兄弟，水手3号因为太阳能帆板故障任务失败。人们寄希望与水手4号能否成功。




非常幸运，水手4号的任务很成功。不过美中不足的是探测的结果显示火星暴露在严峻的太空环境中，地质运动相当不活跃——这使在火星上找寻智慧生物的希望基本破灭，几个世纪以来，火星上存在智慧生命的假想曾多次成为科幻小说的主题，比如乔治·威尔斯的小说《世界大战》。




苏联似乎对金星特别感兴趣，下大力气发射了很多金星探测器。1970年8月17日，苏联发射了金星7号，探测器于1970年12月15日抵达金星，首次向金星释放登陆胶囊，登陆舱并利用空气阻力刹车。前35分钟传回一些科学数据，并由此成为第一台着陆于其他行星表面的人造探测器。




1971年5月30日，水手家族的第9名成员踏上火星旅程，并于11月14日抵达火星轨道。比紧随其后的两个苏联竞争者先一步成为首个绕飞火星的探测器。水手9号到来的不是时候，正逢火星上肆虐波及全球的沙尘暴，它的主要任务——拍摄火星全景照片不得不延后。但在沙尘暴消散后，拍摄取得了丰硕成果。




1972年5月16日，NASA的员工正在手工拼接水手9号传回的火星表面照片。在没有计算机辅助作业的时代，这种全景画面完全依靠人力拼接。水手9号发现了太阳系中已知最大的火山、绵延超过4,000公里的水手大峡谷等等。




追水手9号的两颗苏联探测器是火星2号和3号，这是一对孪生兄弟，肩负着首次火星登陆使命。很有意思的是，火星2号的登陆器着坠毁，火星3号则是轨道器失效，两颗探测器刚好拼凑成1个使。虽然火星3号着陆器仅在星球表面工作了20秒，但好歹赢得了首个着陆火星的桂冠。图为火星2号和3号登陆器上携带的小型火星车。




在对金星和火星两个地球的“邻居”的探测如火如荼的时候，美国正酝酿着一个更具挑战性的项目——重振先驱者计划，对从未有人涉足过的小行星带、木星和土星进行探测，并在完成任务后进军更遥远的太阳系外。这个项目的产物就是著名的先驱者10号与11号探测器。





未完……

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……人类深空探索之路




广为人知的先驱者姊妹船所携带的“金板子”，实际上只是一块镀金的铝板。板子上刻着人类向可能存在的外星人问候，并标明我们在银河系所处的位置。




1972年3月3日，宇宙神-半人马座火箭运载先驱者10号升空。先驱者10号成了当时人类速度最快的人造物体，仅用11个小时通过月球。




1973年11和12月，先驱者10号成为首个造访木星的人造物，并开始传送木星的图片影片回地球。这些照片首次向人类揭开了木星的神秘面纱。1983年6月13日，它飞越海王星轨道，第一个离开八大行星范围。2003年1月23日，由于发射功率不足，它在距离地球122.3亿公里处与地球失去联络。




先驱者10的姊妹探测器，先驱者11号，在1973年4月6日升空。先驱者11先拜访木星，随后借助木星的引力改变轨道飞向土星，在掠过土星后，再借土星的引力弹弓效应飞离太阳系。先驱者10号朝着离开银河中心的方向前进，而先驱者11号则是朝向银河中心方向前进。




1973年11月3日，美国发射了水手计划的收官之作——水手10号探测器。手10号以飞掠的方式探测水星与金星，也是第一个探测水星的太空船。




水手10号所拍摄的水星表面。这些照片是目前天文学家了解水星的主要来源，因为在地球上无法用望远镜直接观测水星表面。水手10号的研究发现水星拥有磁场与巨大的铁质核心。夜晚温度大约是-183 摄氏度，而白天温度可达187 摄氏度。




而在1975年6月8日，苏联的金星9号探测器开始了新一轮向金星软着陆发起挑战。金星9号的着陆器1975年10月22日成功着陆，由此成为第一台成功从金星表面传回照片探测器。图像显示金星表面无明显灰尘、布满30~40厘米不受侵蚀的岩石。




海盗计划是美国NASA一项雄心勃勃的火星无人登陆项目，包括海盗1号和海盗2号。每个探测器都是由登陆器和轨道器两部分组成，是当时最昂贵的火星探测项目。海盗一号于1975年8月20日发射，海盗二号于1975年9月9日发射。




海盗号的重要任务之一包括在火星上寻找生命存在的蛛丝马迹。为了不让地球上带来的微生物沾染火星，发射前，着陆器经过7天高温“烘培”消毒。发射时，一个“微生物防护罩”包裹着热护盾，直到半人马上面级将轨道器/着陆器联合射出地球轨道后才抛弃。图为著名天文学家卡尔·萨根和海盗号着陆器模型的合影。




两艘海盗号着陆器的任务都很成功，拍摄了大量火星表面图像。对火星有无生物的检测，最初专家的结论是肯定的，达到了NASA的某些生命检测指标。但随后的分析中，大多数科学家质疑这个结论。




1977年9月5日发射的旅行者1号探测器是有史以来飞得离地球最远的人造飞行器，也是速度最高的。2012年6月17日，NASA公布，经过35年的飞行，旅行者1号已经离开太阳系，第一个离开太阳系的人造飞行器。




两艘旅行者号原属于水手号计划的试验品，幸运的是，这次任务碰上了176年一遇的行星几何排列，如果加以利用，旅行者号只需要12年的时间就能造访原本需30年才能访问的木星、土星、天王星及海王星四个行星。此外，旅行者还分别携带了一片旅行者金唱片，以备当它们被可能存在的外星智慧生物捕获时可与他们沟通。




旅行者号们在行星探测过程中取得了巨大的成就，旅行者2号航经天王星和海王星，一次性补完了对太阳系全部行星的探测空白。探测器还首次在木卫一上拍摄下了地球以外星球的火山活动，等等。




1986年，哈雷彗星预定迎来时隔76年的回归，美国、苏联、日本、欧洲的天文学家成立“国际哈雷彗星观测计划”，约定共同发射探测器深入研究哈雷彗星，这批探测器在天文迷中普遍被称作“哈雷舰队”。欧洲的乔托号承担了近距离拍摄彗核彩色影像的任务，1986年3月14日，乔托号成功以600公里的距离通过彗核附近并幸存，拍下了珍贵的哈雷彗星影像。




伽利略号是一枚专门用作研究木星及其卫星的探测器，1989年10月18日由亚特兰蒂斯号航天飞机运送升空，伽利略号是首个围绕木星公转的航天器。它发现了首个属于小行星的卫星。伽利略号带有一个探测器，该探测器的任务是冲入木星的大气，并在燃烧殆尽前，尽可能多的发回数据。1995年12月7日，探测器进入了木星的大气，并成功坚持了57分钟。




1997年7月4日，火星探路者号登陆火星，它携带的漫游车旅居者号成为首部在火星表面成功漫游的火星车。旅居者号在火星表面工作了将近三个月，向地球传回了超过10000张照片。火星探路者的成功以及在地球南极发现的陨石中可能证明火星存在生命迹象的消息，使得火星成为人们的关注焦点。这个巨型气球就是火星探路者号正在测试登陆舱。




2004年1月，火星上迎来一对探测器双胞胎：勇气号和机遇号。其中机遇号的探险功绩注定名垂史册——这个设计寿命90天的火星车已经连续有效运作了超过原本设计30倍的任务时间，还熬过一场火星沙尘暴。优秀的表现给科学家更多机会了解红色星球。




谈及人类的深空探测，就绕不开哈勃太空望远镜。这架史上功能最强大的光学望远镜虽然曾经历了一系列的挫折困扰，但在人们将它修复后，至今仍以极高的精准度提供珍贵的高清晰度太空照片。




日本在深空探测领域属于一支异军突起的力量，进入21世纪后，日本展开了一系列起点极高的太空探索活动。2005年9月12日，日本将隼鸟号探测器发射升空，这是人类首次挑战登陆小行星采集样本并送回地球。由于一系列的意外，隼鸟号的旅途从原计划的4年延长到7年，中途甚至中断过于地面的联系。最终，隼鸟号成功穿越了约60亿公里的路程，于2010年6月成功将这批珍贵的样本送回地球，完成了这项几乎不可能完成的任务。




2007年，中国凭借嫦娥1号也加入了深空探索的战团。嫦娥1号是中国探月工程的第一阶段任务，任务中绘制完整的立体月球地图。2009年3月1日嫦娥1号完成使命，撞向月球预定地点。




接续嫦娥1号的嫦娥2号任务历程颇为复杂，原本作为嫦娥1号备份星的2号完成为落月选择着陆点的高分辨率成像后转移至距地球约150万公里远的日地拉格朗日L2点，对太阳实施探测，2012年4月又离开L2点前往有撞击地球危险的小行星4179，随后飞向更远的深空。证明中国深空探测技术具有较强的可靠性保障。图为嫦娥2号拍下的小行星4179




机遇号的超常发挥给人们以鼓舞。2012年8月6日，火星表面迎来有史以来功能最强大的火星车好奇号。由于尺寸超常切较为精密，好奇号使用了如杂技一样高难度的吊装着陆方式登陆。




好奇号大小是勇气号和机遇号的两倍，重量是其五倍。它能采集火星土壤样本和岩芯，分析是否有微生物存在的痕迹。根据好奇号的调查，科学家总结火星上甲烷微生物活性概率很低，可能火星不存在生命。不过好奇号另一项调查结果确认，火星土壤含有丰富水分，足够供给未来移民使用。




曾前往国火星的人类探测器，其中有近一半属于美国，成功着陆的火星车更是全部属于美国。由此可见美国在地外星球探索方面的深厚功力。




在各先进国家沈空探索不断取得进展的同时，中国在2011年11月8日借助俄罗斯的福布斯-土壤探测器搭载着本国首枚火星探测器挑战火星。遗憾的是，搭载福布斯-土壤的火箭故障，星箭坠毁在太平洋，中国的火星脚步受到挫折。




选俄罗斯搭伴探测火星的根本原因很大程度上要缘于国内还没有优秀重型火箭可用。比如中国就完全找不到能跟好奇号火星车乘坐的宇宙神5型541这个级别火箭相提并论的产品。发射深空探测器很大程度是在取决于谁的火箭更好，不过，在不久的未来，随着中国新一代运载火箭的问世，可以期待中国在此领域的突破。



全帖完．多謝觀看！

ovaries

Thank you, always a fascinating topic!

But we are a long way from Star Trek kind of universe.

BB29

太空真係好神秘!

macmak

嫦娥順利升空 预祝登陸月球成功

天機

無限太空....等待人類探索

Narhhy

very good & detail info

billyhalem

科學倡明，邊個可以諗到真的嫦娥奔月

paikboss

永遠都係同一件科技....走到尾

車呀文

探定路啱喇, 地球好危險, 遲D要移民去火星

woodsandhills

already over 50 years but we have no any big step////////

無．求

woodsandhills 發表於 2013-12-2 13:47

                               
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already over 50 years but we have no any big step////////

美國的經濟……

你想怎樣？

Zinga

My salute to all the pioneers, and all those who worked to make the machines !!

debbydebby

月球在美國人没有神秘,火星先系目標.

肥左D

星空奇遇記！

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debbydebby 發表於 2013-12-2 14:48

                               
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月球在美國人没有神秘,火星先系目標.

也不完全是。
今次中國登陸的地方，在月球北部，
美蘇都在月球赤道附近。

所以進行的研究，也是美蘇所沒有的。

JIMMYBOY

人類探索宇宙空間

輪友

好科幻

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輪友 發表於 2013-12-2 15:45

                               
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好科幻

是真實，
不是「幻」啦！

t_w

1966年2月3日，苏联的月球9号探测器成为人类第一个在其他星球成功软着陆的探测器。4个月后，美国勘探者1号也成功降落在月球上。
中國起碼落後五十年