1 月球和行星探测的主要成就
月球探测曾有美国“先驱者”等3个系列、前苏联月球号3个系列共发射49个探测器，其中以阿波罗飞船载人登月达到高峰。90年代，国际上又掀起重返月球高潮。
行星探测主要有美国“水手”等4个系列、前苏联“金星”等4个系列共几十个探测器，其中以“麦哲伦”、“伽利略”、“卡西尼”探测器最为出名，以“哈勃”望远镜达到高峰。

1.1空间探测的成果及现状
1.1.1“哈勃”太空望远镜
该望远镜是与高级KH-11卫星有同样水平的空间观测器，其成像分辨率0.1角秒，可观测只有地面最大观测能力1/40光强的天体。它对黑洞进行了高水平观测，使科学家确认黑洞的存在，并重新认识和解释黑洞的模型。
·新发现迄今为止观测到的质量最轻、温度最低的一颗冷星。
·发现土星新卫星。

1.1.2美国“伽利略”探测器到达木星
在经过6年飞行，飞过36×10的8次方km航程之后，于1995年12月到达木星轨道，将携带的木星探测器送入木星大气层，并开始了对木星为期2年的探测，将首次在原位测量木星大气，它将对人类了解木星起到划时代的作用。

1.1.3金星和土星探测器
首次采用合成孔径雷达的“麦哲伦”金星探测器获得了84%金星表面的图像。
美国投资13亿美元研制的“卡西尼”土星探测器，于1997年10月15日发射升空，开始了它历时7年的卫星之行。

1.1.4欧空局空间探测计划全面开展
欧空局制定了“欧洲地平线2000计划”，目前全面开展。在继1990年用美国航天飞机发射“尤里塞斯”探测器之后，又于1995年11月和12月发射了“红外空间观测器”(ISO)和“太阳与日光层观测探测器”(SOHO)。
1996年发射4颗星簇太阳考察卫星，1997年向土卫六发射“惠更斯”空间探测器，1999年发射X射线多镜面观测卫星，2001年发射伽玛射线综合观测器，2003年发射与彗星交会的“罗塞塔”探测器。

1.1.5月球探测将成为21世纪空间活动的热点
·欧洲拟研制称为“环月探测器”(Moro)的月球极轨卫星，携带立体成像相机、红外与紫外光谱仪、微波仪、γ射线光谱仪等4种仪器和一颗子卫星，可获三维高分辨率图像，测量重力场，为研究月球的形成和演化提供数据。
·欧洲不载人月球着陆器计划，称为“月球欧洲演示器”(LEDA)。该演示器是带有漫游车的着陆器，对月球土壤中氧和氦-３的含量进行采样分析。氧可用于在月球上生存并作为火箭推进剂，氦-３作为无辐射的核聚变燃料运回地球发电，总投资4亿美元。计划在2001年前后抵达月球南极。
·英国计划2001年向月球发射一个探测器，该探测器将向月球表面释放一个着陆器。
·美国在继克莱门汀-１无人月球探测器、“极”卫星(Polar)和近地小行星交会科学卫星(Near)后，又投资7 300万美元研制“月球勘探者”。携带的α射线和中子分光仪，探测月球表层成分；地磁仪和电子反射仪，探测月磁场分布；α粒子分光仪，测定气体释放位置；多普勒S波段跟踪仪提供引力场数据。
·美国计划2010～2017年建立月球基地。
·日本在继1990年发射“飞天号”月球探测器以后，正在加紧研制月球-A探测器，1997年发射，绕月飞行并向月球表面发射3枚穿入器，可钻入月球表面1.2m以下，获取月震及热流数据。
·2010～2020年日本将建造月球天文台。

1.1.6火星探测在加紧准备之中
·已制定称为“火星生命计划”的国际计划，在1996～2005年10年内每隔26个月发射2颗火星探测器，最终确定火星是否存在生命。该计划亦称为“火星环境考察计划”(Mesur)：1996年发射“火星全球勘测者”(Mars Global Surveyor)和“火星探路者”(Mars Pathfinder)，其着陆装置将于1998～2003年在火星表面着陆并部署观测站。
·俄罗斯正实施“火星96/98”计划，其中1996年发射火星探测器失败，但继续进行“火星漫游/采样返回”(MrSr.)研制，计划1998年发射。
·欧空局提出“火星网计划”(Marsnet)。
·日本计划1998年发射火星探测器行星-B(Planet-B)。
·意大利1999年发射火星卫星。

2 美国“新盛世”计划将以深空探测小卫星起步

2.1 发展动因
传统的空间探测器如“伽利略”木星探测器、“卡西尼”土星探测器等，利用已有技术，其研制过程是在技术发展推动下进行的，不但成本高、周期长，发射频度不能满足需要，而且卫星数量少，无法实现多轨道位置的立体观测，使深空探测长期处于单打一状态，未能实现全面观测的突破性进展。
实施“新盛世”计划，利用全新的发展思路，首先确认、开发、验证空间科学活动所需的新技术，然后小批量生产小卫星，实现高频度发射并组成星座。采用整星计算机一体化设计等新途径，实现集成化、模块化、微型化，使卫星功率、重量和成本上一个新台阶。

2.2 开发验证新的关键技术
“新盛世”计划第一阶段的基本任务，通过研制、发射新型小卫星，验证小型、低成本航天器所需的关键技术。
·开发验证新技术的原则和目标由承担第一个探测器的喷气推进实验室(JPL)首先提出，其“综合产品研制组”(IPD)选择项目所遵循的原则是：选择具有重大技术性突破的项目；选择在21世纪的空间活动中有广泛应用前景的项目；选择进行首次飞行验证用户愿意承担风险的项目。
其技术验证目标是：
·卫星运行实现自主性：自主完成导航控制、数据处理、故障判断和卫星系统重构。
·电子部件集成化：电源、遥控、数据处理、制导与控制实现以微机为核心的高度集成。
·有效载荷微型化；缩小体积，研制微型相机和成像光谱仪。
·通信采用激光技术：利用0.3m直径的激光望远镜有可能代替直径8m的微波天线。
·卫星分系统模块化：卫星分系统实现模块化、集成化和多功能化。
·新技术验证的重点项目：计算机设计的超轻型卫星结构；芯片相机、微型行星地震仪已做到25美分硬币大小；直径只有0.26m、比冲是常规化学推力器10倍氙离子推力器；充气式可展开微型化天线；体积缩小30%、重量减轻50%的聚光高效太阳能电池；锂聚合物贮能电池等。

2.3 应用目标
空间探测要求提高发射频度，将现在每5～10年发射一颗空间探测器的频度提高到每年发射10～15颗。为了满足空间探测的高分辨率要求，可将多星组成星座，在射电意义上将多星连成一个整体；对行星辐射带、表面及大气大范围目标等，利用星座组网可实现全面系统地观测。多颗小卫星发射还可促进小型运载火箭的发展。
“新盛世”第一阶段3颗小卫星是：
·第1颗：探测小行星和彗星，携带微型化的成像分光计，研制费3000万美元，研制周期2年，卫星重100kg。
·第2颗：火星登陆器，携带微型探测器和穿入器。其中穿入器重8kg，可钻入火星表面以下0.6m，测量火星表面的大气压力、温度和土壤中水分。
·第3颗：干涉测量小卫星。

第3颗卫星发射后，组成星座，验证星座日-地空间探测技术。

3 美国太阳系航天计划和21世纪重点开发月球和火星的原因

3.1 美国太阳系航天计划提出了三大探索目标和五大探索领域
3.1.1 三大探索目标
·寻找生命的起源，并探寻地球以外生命存在的可能性，包括寻找和弄清水源和有机物质，探索生命存在的迹象。
·解释太阳系(包括地球在内)的形成和演化，搞清太阳星云的起源；弄清什么样的演化力量导致物质形成各种不同的天体；要把太阳系当作一个天然的实验室加以研究。
·“把握人类的命运”。这是把对太阳系的探索与人类的生存和命运联系在一起。涉及到在地球之外找到适合人类勘探和采集的矿床，关系到诸如小行星撞击地球和气候变化等对地球的威胁，以及怎样才能避免太阳系中造成的危害等。

3.1.2 太阳系航天计划的五大探索领域
·探索重点天体及其起源。通过探索相距甚远的不同区域的有代表性的天体，研制形成行星的各种不同物质。“冥王星/柯伊柏”特快航天器将飞过冥王星和海王星之外的由冰组成的柯伊柏带。该航天器将完成对太阳系的侦察。“多体访问者航天器”将被送入环绕太阳的轨道，使其在飞行的4至5年时间内与彗星会面2至3次，与小行星会面4至5次。“大型小行星轨道飞行器”将与小行星、谷神星同轨道飞行，但它们之间相距10~100km。“小型天体采样返回航天器”将登上一颗或几颗彗星和小行星，在4至6年的飞行时间内从每个天体上带回0.5kg样品。“大型行星深层探测器”，将测量海王星、土星和天王星的20~100种大气成和大气层的结构。
·探索太阳系外层前期生命化学。现已知道在木卫三和木卫六行星上存在水或有机物质。“海洋探测者”雷达轨道飞行器和三辆登陆车将尝试探索木卫三行星表面下是否存在海洋，测定冰层的厚度，着陆舱携带的“潜水”艇将熔化冰层并潜入海洋。执行木卫六行星任务的“生物探测器”是一套用气球降落的仪器设备，它们将对含有有机物的大气和该星球表面进行探测。
·探测类似地球行星的形成及其动力学现象。自太阳系形成以来，月球和水星几乎没有什么变化，但木卫一行星却变化迅速。航天飞行任务中将发射一个水星轨道飞行器，从其巨大盆地上采回样品；发射一个用来观察木卫一行星火山活动的轨道飞行器，以建立一个火星表面的地震测量仪网络；发射一个携带金星表面科学探测仪的探测器，该探测器将降落在金星上并停留几个小时实施测量工作，然后升空离开。
·探测类似地球环境的变化。将以火星为目标，查证该行星上水的演变过程，并核查金星气候变化失控的温室效应的演化过程，查证是否一度有水存在的可能性。火星环球勘测者-2001将携带水和矿物绘图仪访问火星。火星环球勘测者-2005、表面科学实验室和仪器探测器，将从火星上采集样品返回地球。仪器探测器和大气探测器还将勘查金星。
海盗号探测器上进行过的生物实验表明，火星上目前没有生命存在，却有可能存在摧毁土壤中有机物质的强力氧化剂。也有人提出，也许在火星表面以下很深处有可能存在水的地方有生命体存在，并提出在地球早期，生命繁衍很快，这样可能在条件较好的火星上，早期生命有可能已开始繁衍这一观点是“合乎情理”的。由此得出的结论是，寻找生命化石或生命前期有机化学物质的最好地方是在积水矿物和沉积物中。
·太阳系可视为大型天然实验室加以利用。科学家们以此研究大气动力学；探讨行星磁场产生以及如何变化；磁性层是如何与太阳风、气体和尘埃相互作用的；土星和海王星的光环系统是如何形成的等。航天飞行任务包括向海王星、土星的光环和木星的极地发射轨道飞行器；还发射大型行星深层探测器以及发射用于观察水星磁性层、彗尾的多颗科学观测卫星。

3.2 21世纪重点开发月球和火星的原因、背景和计划
3.2.1 月球基地
指在月球上建造的能提供航天员长期生活和工作的场所。
探查月球一直是人类的理想，这不仅因为月球是地球的天然卫星，更重要的还在于月球宝贵的资源和月球位置的价值。通过观测和“阿波罗”飞船登月带回的土壤、石块分析，月球上无辐射的核材料氦-3含量丰富，是核动力材料的理想资源。氧占月球土壤含量的40%，这对发展以月球为基地的航天技术意义重大。如由于火箭发动机每燃烧1kg氢要消耗6kg氧，如果载人航天器飞经月球以外行星，能在月球上补给氧，那么在地面起飞时，月球以远飞行所需推进剂就可少带6/7，这一设想如能实现，至少能具有像19世纪为火车头补给木柴、为蒸气轮船补给水那种作用。月球上硅、钙、铝、铁、氢的含量也都非常丰富。另外，月球引力只有地球引力的1/6，从月球上发射航天器比从地球上发射也可节省大量推进剂。
早在“阿波罗”登月时代，美国和前苏联为了探测月球，曾发射过7个系列80多个无人月球探测器。其中美国4个系列(“先驱者”、“徘徊者”、“月球轨道器”、“勘测者”)共36个；前苏联3个系列(月球号、宇宙号和“探测器”系列)共47个。
自阿波罗飞船登月以后，月球探测进入低潮。1989年7月20日在纪念“阿波罗”登月20周年纪念会上，美国总统布什提出了“重返月球、登上火星”的倡仪，美航宇局开始制定新的计划即重返月球计划，分无人探测、送机器人上月球、航天员飞上月球三个阶段建立月球基地，1994年发射了“克莱门汀”月球探测器。
月球资源已被世界所瞩目，有空间技术能力的国家和地区已开始为21世纪占有月球资源做准备。日本以其经济和技术实力，率先拉开90年代又一轮月球探测序幕。1990年1月发射了“飞天”月球探测器。1996年10月正式宣布了建造永久月球基地计划，预计投资260多亿美元，在未来30年内建成月球基地，包括居住、氧气和能源生产厂以及月球天文台等，除发展新型运载技术外，将月球软着陆和自主漫游车技术作为最主要的关键技术开发，并计划在1997年发射月球-A探测器以后，陆续发射“月球先锋”-1～3探测器，其中包括2005年将漫游车送上月球。
欧空局各国也十分重视月球开发，1994年提出建立月球基地计划，在4个建造月球基地的阶段中，在2002年发射月球软着陆器为第1阶段，称为月球欧洲验证器(LEDA)方案，该验证器高2m，直径4.1m，起飞质量3.3t，计划在月球南极区降落，验证月面软着陆和月面移动技术。
可以看出，21世纪建造月球基地的序幕已全面拉开。

3.2.2 载人火星探索
利用载人航天技术对火星的探索活动。
火星是太阳系九大行星之一，也是类似地球的一颗行星。长期以来，人类一直推测火星上可能存在生命，甚至存在高级智慧生命，尽管至今尚未证实，但这无疑更增加了人类探索火星的兴趣。太阳系各行星都处在行星演化进程的不同阶段，具有不同的特征。通过对地球和其他行星的比较研究，可进一步了解行星的起源和演化，进而帮助人类认识地球，这对人类保护自已的生存环境，扩大生存空间具有深远意义。
火星作为地球的近邻，近40年来人类从未停止过对它的探索。截至到1996年底，共发射29个火星探测器，其中包括前苏联的“火星”系列器、“火卫”系列器；美国的“水手”系列器、“海盗”系列和“火星探测者”器。1971年12月2日，前苏联火星-３探测器首次在火星上实现了软着陆，但因遇尘暴而失败。1973年火星-６实现硬着陆。美国的海盗-１、2分别于1976年7月20日和8月7日在火星着陆。海盗-１登陆器一直工作到1982年11月13日，长达3.4火星年(6.4个地球年)，远远超过设计寿命。登陆器都选择估计水分较多、生命存在可能性较大的地方，并在火星上采集土样后，用C１４作示踪原子，结合分光仪作气相分析，以分析有机化合物痕迹。虽然在实验分析过程中发现了一些现象，但却不能肯定这些现象是由土壤微生物新陈代谢所造成，因此这次实地勘探的结论是火星上存在生命的可能性很微小，需进一步探测。
此后，前苏联于1988年7月7日和12日发射了火卫-１和2探测器。1992年9月，美国发射了“火星观测者”，继续寻找可能存在的生命迹象，寻找机器人和地球人员最佳登陆地点，但因通信系统故障而失败。
火星-96是俄罗斯火星探索计划的一部分，计划1996年和1998年发射火星探测器，但火星-96发射失败，参与此项目的有英国、法国和德国，该探测器坠落于智利复活节岛东南1 600km的太平洋公海，有关国家对探测器的放射性钚燃料热电发动机十分关注。俄罗斯火星探索计划和第二、三阶段将实施“火星漫游/采样返回”(MRSR)飞行任务。
美国1996年成功发射了“火星全球勘测者”(MGS)和“火星探路者”(MP)，并计划以此为起点，每两年多发射一颗火星探测器，称为火星环境观测计划(MESUR)。根据总安排，1998年发射火星勘测者-98探测器和着陆器；2001年发射装载俄罗斯漫游车和降落装置的“火星合作者”探测器；2003年发射由美国火星勘测着陆器和欧空局轨道飞行器组成的“国际火星网络器”；2005年美国发射由轨道飞行器、着陆器和漫游车组成的火星探测器，从火星采集土壤和岩石返回。
另外，日本计划1998年发射行星-B火星探测器，并计划发射着陆器。意大利计划1999年发射服务于火星探测的星际中继卫星。
可以预计，21世纪初将出现伴随月球探测的火星探测高潮。
收稿日期：1998-01-05
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