空间探测器与飞行轨道

空间探测器与飞行轨道

人类为什么要进行深空探测呢?因为人们希望了解太阳系的起源、演变和现状;通过对太阳系内的各主要行星的比较研究，进一步认识地球环境的形成和演变;了解太阳系的变化历史;探索生命的起源和演变。空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测，开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。

空间探测器，又称深空探测器，是对月球和月球以外的天体和空间进行探测的无人航天器。空间探测的主要方式有:在近地空间轨道上进行远距离空间探测;从月球或行星近旁飞过，进行近距离探测;成为月球或行星的人造卫星，进行长期的反复观测;在月球或行星及其卫星表面硬着陆，利用着陆之前的短暂时间进行探测;在月球或行星及其卫星表面软着陆，进行实地考察，也可将获取的样品送回地球进行研究;在深空飞行，进行长期考察。

由于从地球飞往行星的路途遥远，火箭不能带更多的燃料，必须尽可能节约燃料，选择一条飞往行星的捷径。1925年奥地利科学家霍曼首先提出飞向行星的最佳轨道只有一条，就是与地球轨道及目标星轨道同时相切的双切式椭圆轨道。这条最佳轨道称为霍曼轨道。它利用地球和行星的公转运动，使探测器仅在初始阶段得到必要的速度，然后大部分时间是惯性飞行，这就节省了燃料，只是飞行的时间较长。如果从地球起飞的初速度大约每秒11.5千米，那么沿着这条轨道飞往金星，单程需要约146天;如果从地球起飞的初速度为每秒11.6千米，则单程飞往火星需要259天左右;飞往水星的初速每秒14.2千米时，单程大约需1000天;如果要飞往土星，需2200天;飞往天王星要5800天;飞往海王星要13000天。这只是以目前火箭技术达到的水平而言。将来如果研制成性能更好和推力更大的火箭，如采用原子火箭、光子火箭，则可中途加速，或接近直线飞行，就会缩短星际航行的时间。

目前，行星探测器大多是沿着最小能量航线飞往其他行星的，它的出发日期要隔几个月甚至几年才有一次，返航也是如此。另外，行星探测器的控制、导航、电源和通信等也十分复杂，尤其是派往太阳系边陲的空间探测器，由于飞行时间长，距离太远，所以必须使用空间核电源。

美国的“先驱者号”是世界上第一个行星和行星际探测器。1972年向木星发射的“先驱者10号”是第一个到达木星、木星卫星、土星附近的探测器。之后，“先驱者10号”携带访问地外文明的镀金铝牌飞过冥王星，于1983年飞离太阳系，进入恒星际空间，成为第一个飞出太阳系的探测器。1973年发射的“先驱者11号”在飞过木星后，重点探测了土星，并拍摄了第一张土星照片，探测到F、G两个新土星环。最后“先驱者11号”也携带着地球的“名片”飞出了太阳系。

美国1977年8月和9月分别发射了行星和行星际探测器“旅行者1号”和“旅行者2号”，主要目的是详细观测木星、木星卫星、土星、土星卫星及土星环。“旅行者1号”于1979年3月先期飞近木星，“旅行者2号”于7月到达，拍摄了木星大红斑照片，并发现木卫一有活火山喷发、木卫二(欧罗巴)上面完全由一层冰覆盖。“旅行者号”探测器接着又飞近土星观察了土星环，1986年飞抵天王星附近，1989年飞抵海王星附近。截至1998年底，“旅行者2号”已飞离地球86亿千米，“旅行者1号”已飞离地球110亿千米，它们是迄今为止离地球最远的在用航天器。目前“旅行者号”仍在高速飞行，正在向太阳系边缘前进。它们都携带一张铜质镀金声像盘，用于与地外文明相联系。

现在，新的太空探测器正源源不断地研制出来，被派往太阳系中最神秘的角落。相信这些形形色色的太空机器必将在探索太空、开发宇宙的伟大事业中建立新的功绩。