《你是我的荣耀，搜神号背后的真实故事》

距离中秋和国庆还有好些日子，但远在火星的祝融号和天问一号环绕器已经开始放长假了。

从今天起，太阳横插到了地球和火星之间，开始干扰地火通讯，在未来的大约1个月内，地面将不再主动向天问祝融发送信号。

如今已巡火百余日的祝融号，是我国首个行驶里程突破1000米的地外巡视器，为我国深空探测事业取得了新的辉煌。

而近期的热播剧《你是我的荣耀》，虽说剧情纯属虚构，但主人公于途作为中国航天人的缩影，带领他的团队披荆斩棘近10年，在最后一集大结局中，成功将“搜神号”深空探测器送上太空。

所谓深空探测，指的是 离开地球，前往更遥远的太空深处 而 展开探测活动。

不论是剧中，还是在现实， 我国的深空探测器 从无到有，都已经远远飞出了地球摇篮， 向着更广阔的宇宙空间迈进。

今天就来聊一聊，现实中“于途”们所在的中国深空探测事业，并展望一下未来的“搜神号”们。

太长不看版

1.月球探测已完成“绕、落、回”三步走，未来将考察月球南极，建立国际月球科研站，实施载人登月；

2.首次火星探测任务已完成，未来将进行火星采样返回任务，开展载人登陆火星；

3.实施小行星采样返回任务，并对彗星作环绕探测；

4.环绕探测木星系统并在木卫四上着陆，飞掠探测天王星；

5.以“搜神号”为代表的太阳系边际探测，将从多个方向探测太阳系边际；

6.未来发展的愿景目标：突破10000天文单位飞行技术，开展恒星际探测。

嫦娥探月

“搜神号”定位为太阳系边际探测器，其目的地非常遥远，代表我国深空探测的未来。而在当下，我国深空探测尚聚焦于月球和火星。

月球，作为距离地球最近的天体，一直是各国开展深空探测的起点与基础。

2000年，《中国的航天》白皮书首次明确提出，开展以月球探测为主的深空探测发展目标——中国深空探测事业由此起步。

“绕、落、回”三步走

2004年，我国探月工程“嫦娥工程”正式立项，工程分“绕、落、回”三步走，计划2020年前完成任务目标。[1]

2007年发射的 嫦娥一号实现 了我国探月一期 “绕”的目标 。

2010年发射的嫦娥二号，通过一次任务完成了月球、日地拉格朗日L2点、图塔蒂斯小行星的多目标探测，为后续“落”月奠定了基础。[1]

2013年发射的 嫦娥三号 成功着陆于月球虹湾以东地区，我国由此 突破地外天体软着陆技术 ，实现了探月二期“落”的目标。

“玉兔号”月球车则实现了我国首次地外天体的原位和巡视探测。

2018年发射的 嫦娥四号 实现了 人类探测器首次着陆月球背面 的壮举，这也是 中国航天取得的首个世界第一 。

玉兔二号月球车由此开始了它的月背征途，至今仍在正常工作。截至2021年8月底，玉兔二号已行驶了约800米。

2020年发射的 嫦娥五号 着陆于月球风暴洋北部的吕姆克山附近，并成功采得1731克月壤样品， 实现了月面采样返回 。

这是我国最为复杂的一次深空探测任务，标志我国探月工程圆满实现了“绕、落、回”三步走的目标。

考察月球南极

前三期任务七战七捷，但我国的探月工程并未止步于此。放眼未来，已规划的 探月四期工程将对月球南极展开一次综合探测 ，为此后各国一同建立月球科研基地验证部分技术，做一些前期探索。

四期工程的型号任务包括嫦娥六号至八号（有时嫦娥四号也算在其中），都将由长征五号发射。

嫦娥六号与嫦娥七号均计划于2023-2024年发射。

嫦娥六号 为嫦娥五号备份，2017年已完成研制工作，计划着陆月球背面南极-艾特肯盆地（嫦娥四号着陆地），执行 月背采样返回任务 ，这将是继嫦娥五号后的第二次月球采样任务。

嫦娥七号全重8.2吨，由轨道器、着陆器、巡视器、小型飞跃探测器、中继星五部分组成，将对月球的地形地貌、物质成分、空间环境进行一次综合探测任务，并将与俄罗斯月球26号展开任务级合作。

其中， 飞跃探测器 是最大亮点，能够以自带动力飞入月球南极撞击坑底部的永夜区， 探测水冰的分布和丰度 。

嫦娥七号任务还将部署一颗中继星，运行在300 × 8600 km × 54.8°的环月椭圆冻结轨道，为探月四期任务的探测目标——月球南极地区提供中继通信服务。[2]

嫦娥八号 预计于2027年前后发射，除继续进行科学探测试验外，将着重开展一些月面试验，以 验证月球科研基地构建所需的关键技术 。

国际月球科研站

在探月四期工程的基础上， 中国将与俄罗斯展开合作，共同建设国际月球科研站 ，并欢迎有意愿的国家参与其中。

国际月球科研站建设将分为“勘、建、用”三个工程阶段，计划2025年至2035年间分两阶段实施“建”站。2025-2030年，完成建站所需相关技术验证；2030-2035年期间，中俄利用各自的重型运载火箭共同实施ILRS-1至ILRS-5五次大型建站任务，最终建成从月轨到月面多层次的 长期无人自主运行、远景有人参与 的综合性科学实验设施。

当我国主导的国际月球科研站逐步建成时，重型运载火箭也将服役，我国的载人月球探测便近在眼前。

有人月球探测规划

目前，我国载人登月飞行器、新一代载人飞船、新一代载人运载火箭（921火箭）都已进入研制阶段。

根据现有论证方案， 中国首次载人登月最快可在2025至2030年间实现 ，计划使用2发新一代载人火箭分别发射载人飞船和登月着陆器，二者在环月轨道上交会对接，航天员转移至着陆器后登陆月球。

后续从月球返回地球的流程，则与阿波罗计划、嫦娥五号等大同小异。

依据论文设想，未来我国载人月球探测任务将围绕“建立可供航天员长期驻留、生活、进行科学作业与生产的月球科研站”这一目标展开，任务可划分为3个阶段：

1. 实施登月阶段 。通过数次无人与有人登月任务，建成月面移动实验室，一次任务具备不少于7天5次出舱活动能力。
2. 驻月能力拓展阶段 。建立起可供航天员中期月面驻留与生存的中小型月面活动支持系统，开展月面科研试验活动。
3. 月球科研站阶段 。通过人货分落形式，逐步建设起长期运行的月球科研站，根据任务需求可设立多个功能区域。[4]

此外，内部空间巨大、可提供天然防护的月球熔洞，是未来建立地下载人月球站的优势位置之一。

未来我国将 开展月球熔洞探测 ，旨在实现人类首次进入地外天体地下空间，并 探索建立载人月面长期驻留环境的潜在场所和资源 。

这一阶段的探测也将分为3个阶段：无人设施进入阶段、航天员进入阶段、月球站改造阶段。[4]

天问探火

就在嫦娥任务完成前三期目标的同一年，我国的深空探测已经朝着更远的目标——火星出发了。

天问一号首探火星

2020年7月23日， 天问一号 探测器在海南文昌由“胖五”发射升空，这是 我国首次自主火星探测任务 。

2021年2月10日，它顺利进入环火轨道。经过3个月的着陆区地形地貌考察后，着陆器于5月15日成功着陆火星乌托邦平原。

我国首辆火星车祝融号则于5月22日驶至火星表面，正式开始了它的探火之旅。

如今， “祝融号”火星车圆满完成既定巡视探测任务 ，行驶里程已突破1000米。但它不会就此停下，还将继续向乌托邦平原南部的古海陆交界地带进发，获取更多科学数据，揭开更多火星奥秘。

天问一号环绕器在日凌结束后，则将择机进入遥感使命轨道，开展火星全球遥感探测。

中国航天人依靠自己的力量，筹划了10年，奋斗了6年，第一次自主探火，便 一次性完成“绕、落、巡”三个成就 ，不可谓不伟大！

火星采样返回

下一个阶段，火星采样返回任务将于2028-2030年实施，疑似命名为“天问二号”，以一发重型运载火箭或一发长征五号 + 一发长征三号乙的形式发射。

根据相关论文资料，火星采样返回任务发射窗口日期持续20天，每天的窗口时间约5分钟， 从发射到样品返回需要约3年时间，采样目标为1千克 。

探测器由着陆上升器与轨道返回器两部分组成，前者包括巡航器、着陆器、两级上升器，后者包括轨道器和返回器，各器详细质量如下。[8]

经过近7个月地火转移飞行后，着陆上升器在靠近火星时，首先与巡航段分离，之后采取弹道升力式的办法直接进入火星大气，这与美国好奇号/毅力号类似。

降落着陆为“降落伞+动力下降”方案，与天问一号基本相同。

着陆成功后，在地面测控支持下，采集火星样本。样品在被封装至上升器后，两级上升器适时发射，进入400~500千米高的环火轨道，之后完成与轨道返回器的交会对接，样品容器转移等动作，这与嫦娥五号类似。

此后，轨道返回器与上升器分离，等待合适的窗口执行变轨动作，进入火地转移轨道。最终返回舱将与轨道器分离，独自携带样品返回地球。[8]

载人登陆火星

载人登火是火星探测的究极之路 ，是我国建设航天强国的必然选择，对探索地外生命、星际移民、推动科技发展、提高国家地位和促进人类社会进步等具有重要意义。

航天一院院长王小军介绍和分析过我国载人登火任务的初步方案。 任务可能于2030至2040年代开展 ，计划采用安全性高的人货分运模式，地火转移从高地球轨道（HEO）出发。

每次任务需要发射7发长征九号重型运载火箭，其中：1发发射摆渡级，3发发射载货转移级，1发为摆渡级加注燃料，2发发射载人转移级。此外，还有1发921载人火箭用于发射载人飞船。

摆渡级负责将载货转移级和载人转移级摆渡至HEO，载货转移级负责将物资设备送达火星，载人转移级在与载人飞船对接后将航天员送至火星。

航天员计划 在火星停留500天 ，任务结束后，再由载人转移级送回地球。[9]

总的来说，载人登火任务由于飞行距离远、转移时间长、在轨组装次数多、多阶段接力飞行等多方面因素，其任务架构复杂性和所需攻关的技术难题都将是前所未有的。[9]

小天体探测

除了月球和火星，小行星与彗星这类小天体也是深空探测的热门目标。

我国至今则仍未真正进行过以小天体为目标的深空探测任务，但 嫦娥二号 再扩展任务阶段，于2012年12月13日 对图塔蒂斯小行星进行了近距离飞越探测 ，为我们深入开展小行星探测奠定了实践基础。[5]

我国小天体探测任务已于2021年初开始工程实施，任务可能命名为“ 郑和号 ”，将在2024-2025年使用长三乙或长七甲火箭发射，计划实施近地小行星2016 HO3取样返回和主带彗星311P/PANSTARRS环绕探测任务。[7]

郑和号预计在发射约1年后飞抵小行星2016 HO3，之后进行约1年的近距探测并实施采样。

为确保成功，郑和号准备了两种采样方式：附着采样（利用4个末端带钻头的机械臂以锚定方式着陆小行星）和短暂接触分离采样。采样完成约半年后，携带样品的返回舱返回地球。

轨道器则继续飞行约7年，依次飞掠借力地球、火星，利用引力弹弓加速，最终在2033-2034年飞抵主带彗星311P，而后实施311P环绕探测，为探寻地球水的起源提供线索。[7]

木星系探测及行星际穿越

除了前面提及的内太阳系，我国未来的深空探测计划还将向更遥远的外太阳系进发。

我国的木星系探测及行星际穿越探测任务计划实现 木星系环绕探测 与 天王星飞越探测 ，预计将于2029-2034年由长征五号火箭发射。

探测器由木星系环绕器和行星际飞越器组成，前者4吨，后者1吨，总质量5吨 。[10]

为使行星际飞越器能在2049年前飞越天王星，飞行过程中将多次飞掠行星借力加速，最佳的最佳的引力弹弓飞行序列为，即由地球出发后依次飞掠金星、地球、地球、木星，最终飞掠天王星）。[10]

木星系环绕探测器此前存在两种方案：一是木星-木卫四轨道器（Jupiter Callisto Orbiter, JCO），二是木星系统观察者（Jupiter System Observer, JSO）。

前者的分系统任务为 在木卫四开展着陆探测 ；后者计划对木卫一开展飞掠探测，且在任务后期将飞往日木拉格朗日L1点。

就最新消息来看，似乎木星-木卫四轨道器的方案被选中。该探测器有可能被命名为“甘德”，以纪念《甘石星经》中中国古代天文学对世界的贡献。[12]

太阳系边际探测

《你是我的荣耀》 剧中的“搜神号” ，并非完全虚构，而 是未来我国太阳系边际探测任务的组成部分 。

该任务的近期目标为 2049年前后抵达100个天文单位（AU）左右的太阳系边际 ，探测研究太阳系及行星的起源与演化、太阳系边际及邻近星际空间特性、行星天体物理等科学问题。

远期目标为 到21世纪末，突破1000AU飞行技术 ，飞抵太阳引力透镜焦点区域附近，开展引力透镜效应观测、验证广义相对论等探索工作。

未来发展的愿景目标为 突破1万AU飞行技术 ，对5~10 万AU的太阳系引力边际， 开展恒星际探测 并取得重大科学发现。[13]

近期太阳系边际探测任务又分为3次，前2次均使用长征五号火箭发射。

第1次为日球层鼻尖正向探测，飞往日球层头部，发射窗口在2024-2025年，计划飞掠木星、天王星、半人马族小天体等天体。

第2次为日球层鼻尖反向探测，飞往日球层尾部（该区域探测尚属国际空白），发射窗口在2027-2030年，可飞掠火星、木星、海王星等天体。

第3次任务为日球层极区探测，计划2030年前后发射，将使用新运载火箭、电推技术、核反应堆等技术，实现6AU/年以上的飞行速度。[13-14]

前2次任务的探测器主构型一致，均采用同位素电池为能源，可搭载50千克科学载荷。所用推进系统有两种方案，一为3.4吨的嫦娥三号改进构型，二为800kg的电推+太阳翼构型。 [13]

第3次任务计划采用2800千克的10kWe级核反应堆构型， 即“搜神号”所用构型 ，其一端是核反应堆电源，另一端是探测器，两端通过可展开桁架结构连接，可搭载100千克科学载荷。

相比同位素电池，核反应堆电源功率更大、成本更低。推进系统则采用高比冲的离子电推进，从而减少所需燃料，增大总冲，为长时间深空飞行提供超过20000小时的动力。

此外，超远距离深空测控通信技术、深空自主技术、高可靠长寿命技术、行星际轨道设计与优化技术、新型科学载荷技术，都是“搜神号”必需突破并掌握的技术。

基于此核反应堆构型的探测器，还可开展 海王星环绕探测 任务。探测器可在2028~2031年发射，2040年前到达海王星实现极轨环绕探测；飞行途中, 至少顺访1颗主带小行星、1颗半人马小天体；抵达海王星时利用穿透探测器，实现海王星大气和海卫一的穿透探测。[15]

回望中国深空探测发展之路，从嫦娥一号到天问一号，无数“于途”们为之奋斗，实现了从近地到深空，从月球到火星的跨越。如今的中国人有了自己的月球、火星图像以及月壤样品。

未来，我们还将脚踏实地，持续开展深空探测任务，探索更多宇宙奥秘，奔赴更远的星辰大海。

相信有朝一日，月球和火星将留下中国人的脚印，人类也必将冲出地球摇篮。

---

参考文献

[1] 叶培建,黄江川,孙泽洲等.中国月球探测器发展历程和经验初探[J].中国科学:技术科学,2014,44(06):543-558.

[2] Zhang Lihua. Development and Prospect of Chinese Lunar Relay Communication Satellite[J]. Space: Science & Technology,2021,2021:1-14.

[3] Zou et al., of Chinas e and the and for Change-7, 51 and , 2020

[4] 张崇峰,许惟扬,王燕.载人月球探测月面活动发展设想[J].上海航天(中英文),2021,38(03):109-118.

[5] 张荣桥,黄江川,赫荣伟,等.小行星探测发展综述[J].深空探测学报,2019,6(05):417-423+455.

[6] 张玉花,王献忠,褚英志,等.我国首次自主火星探测任务中环绕器的研制与实践[J].上海航天(中英文),2020,37(05):1-9.

[7] Zhang Tao, Xu Kun, Ding Xilun. China’s ambitions and challenges for asteroid–comet exploration[J]. Nature Astronomy, 2021, 5(8) : 730-731

[8] Jiang X , Tao T , L . of for Mars Probe [C]// 66th . 2015

[9] 王小军,汪小卫.载人火星探测任务构架及其航天运输系统研究[J].中国航天,2021(07):8-14.

[10] 田百义,张磊,周文艳,等.木星系及行星际飞越探测的多次借力飞行轨道设计研究[J].航天器工程,2018,27(01):25-30

[11] 陈诗雨,杨洪伟,宝音贺西.木星系探测及行星穿越任务轨迹初步设计[J].深空探测学报,2019,6(02):189-194.

[12] Jones. by China Could [EB/OL]. , 2021.

[13] 吴伟仁, 于登云, 黄江川,等.太阳系边际探测研究[J].中国科学:信息科学,2019,49(01):1-16.

[14] 田百义,王大轶,张相宇,等.太阳系边际探测飞行任务规划[J].宇航学报,2021,42(03):284-294.

[15] 于国斌,汪鹏飞,朱安文,等.基于10 kWe核反应堆电源的海王星探测任务研究[J/OL].中国科学:技术科学:1-11.

作者：Phil Leaf

编辑：Steed

本文来自果壳，未经授权不得转载.

如有需要请联系sns@guokr.com