2021-11-17 09:51:56

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空间探测(space exploration),指的是对地球高层大气和外层空间所进行的探测。空间科学的一个分支。以探空火箭、人造地球卫星、人造行星和宇宙飞船等飞行器为主,与地面观测台站网、气球相配合构成完整的空间探测体系。

基本信息

  • 中文名

    空间探测

  • 外文名

    space exploration

  • 探测设备

    火箭、卫星

  • 起源时间

    1783年

折叠 编辑本段 历史发展

人类虽然一直向往广漠的宇宙空间,但真正有意义的行动始于1783年施放的第一个升空气球,限于当时的技术条件,不可能上升很高,探测的局限性很大。第二次世界大战后发射的V-2探空火箭,最高也只达到约160千米的高度。20世纪50年代,由大量的地面台站、气球和火箭等组成全球协同的观测体系,但并未取得突破性成果。1957年10月4日第一颗人造地球卫星发射成功,从此人类跨进了宇宙空间的大门,开始了空间探测的新时代。在随后的30多年间,对月球、行星和行星际空间进行了有成效的探测,探测领域不断扩大。

折叠 编辑本段 探索对象

中性粒子

地球、某些行星以及少数卫星具有大气层,大气主要由中性原子和分子组成,在行星际空间也存在少数的中性粒子。探测主要由质谱仪直接取样并分析中性粒子成分和密度。

高能带电粒子

宇宙空间存在大量的电子 、质子和重离子等高能粒子。使用的探测 空间探测空间探测仪器主要有利用 气体电离作传感器的盖革-缪勒计数器、正比计数器和电离室;闪烁计数器;半导体计数器;切连科夫探测器。

等离子体

宇宙空间的绝大部分物质以等离子体形式存在 ,电离层 、太阳风等都由等离子体组成,磁层中也有几个等离子体密集区,探测仪器主要有法拉第筒、减速势分析器、离子捕集器以及探针。

微流星体

在太阳系内,除大量较大的星体外,还存在大量颗粒状的微小物质,质量一般都在10-3毫克以下。但它们速度一般都很高 ,最大的可达70千米/秒,有很大的贯穿本领。因此,对它的测量具有实际意义。

低频电磁波和等离子体波

空间等离子体的不稳定过程和电磁场的变化,将会激发各种频率的电磁波和等离子体波。它们既是空间物理过程的产物,也是探测空间环境状态的手段。对于变化频率在几赫以下的波动,一般用磁强计测量,对于较高频率的波动,用接收机测量。

磁场

是重要的物理场。空间各个区域磁场强度相差很大,如地球表面的磁场强度比行星际空间强几个数量级。探测磁场的仪器,主要有线圈式磁强计、磁通门磁强计、质子旋进磁强计和光泵磁强计。

电场

电荷的积累和磁场的变化都能产生电场。但由于空间等离子体有很高的电导率,空间电场一般都比较小。

折叠 编辑本段 探索内容

折叠 近地空间

主要指对地球高层大气 、电离层、磁层等区域所进行的探测。探空火箭是近地空间探测的重要手段,空间探测空间探测它能把探测仪器带到几十至几千千米的高空进行直接测量。人造地球卫星的成功发射,使得对地球磁层可进行详尽的探查,地球辐射带的发现就是人造地球卫星的第一个重大发现,并证实地球磁层的存在。人造地球卫星围绕地球以圆形或椭圆形轨道运行,根据不同的探测目的可选择不同的轨道类型:一是极地圆轨道,对赤道面的倾角约为90°。在高层大气、电离层和高空磁场测量中,常采用这种轨道。二是大扁度轨道,它的远地点高度要比近地点高度高得多,这种轨道容易获得磁层的完整的剖面资料。三是同步轨道,当卫星在赤道面上高度为 3.6万千米的圆轨道运行时,卫星绕地球一周恰好与地球自转一周的时间相等,相对于地球是静止的。这种卫星的测量结果容易与地面观测结果配合起来分析。但实际中对近地空间的探测,多采用卫星系列进行。

折叠 行星际空间

主要是探查行星际空间的磁场、电场、带电粒子和行星际介质的分布及随时间的变化。探测证实了太空间探测空间探测阳风的存在,发现了行星际磁场的扇形结构。探测行星际空间的飞行器可以有4种轨道类型 :一是地心轨道 ,围绕地球运行的卫星,只要以远地点超出磁层,就能进入行星际空间进行探测。二是日心轨道,利用围绕太阳运行的飞行器来探测行星际空间十分理想,并且常与行星探测结合起来。三是飞离太阳系的轨道,当飞行器达到第三宇宙速度时,就能克服太阳的引力作用,沿抛物线轨道飞往星际空间,就能够直接探测太阳系在地球轨道以外的部分。四是平衡点轨道,在太阳和地球的联线上有一个平衡点,太阳和地球的引力在这里恰好相等,飞船可以在通过这一点和日地联线相垂直的平面上沿椭圆轨道运动。对于定点监视行星际的物理状态十分理想。

③月球和行星的探测

月球是离地球最近的天体,人们对月球的探测比较早,也比较详尽 。1969 年7月16日发射的阿波罗11号第一次载人登上月球,进行实地考察并采集月岩、月壤样品 400多千克。行星际探测器系列对行星进行了探测 ,并由对内行星发展到外行星的探测。

折叠 编辑本段 特点作用

中国空间技术研究院《国际太空》杂志副主编庞之浩回顾了2004年全球空间探测活动的特点并分析了未来空间探测空间探测发展趋势。2004年的世界空间探测呈现出欣欣向荣、蒸蒸日上的喜人景象,各种新成果无论对航天技术进步,还是对其他科学研究,人类社会发展,都具有积极的促进作用。空间探测已进入全面发展的新时代,并具有一些与以往不同的显著特点。 首先,空间探测已趋向多元化,而不再是美苏等一两个国家独霸空间探测领域。欧洲正迅速崛起,不仅连续发射成功火星探测器、月球探测器和彗星探测器,而且还将发射金星和水星探测器,并在2004年初宣布了其庞大的"曙光"空间探测计划,即向美国"叫板",在2030年左右把人送上火星。中国和印度也将在空间探测方面占有一席之地。中国于2004年初正式开始实施"嫦蛾"探月工程,2006-2007年发射首颗探月卫星。印度则在2004年决定,把原计划于2008年发射"月球初航"探测器的时间提前到2007年或更早。

探测技术水平大幅度提高是特点之二。例如,"勇气"号和"机遇"号的性能远高于1997年首次在火星上行驶的"旅居者"号火星车,实现了对火星较大范围的移动考察,代表了火星探测的重要阶段。经过13个月的飞行,欧洲"智慧"1号月球探测器于2004年11月15日进入绕月轨道,从而表明,这个世界第1个联合使用太阳能电推进系统和月球引力的空间探测器达到了预期的效果,此举对未来航天技术的发展产生重要作用。在经过长达约7年、航行35亿千米的星际历程之后,价值连城的世界首个土星专用探测器"卡西尼",终于在2004年7月1日进入土星轨道,它已发回不少很宝贵的图像,并将在2004年12月25日向土卫六表面释放"惠更斯"着陆器。

第3个特点是彗星探测成为"新宠"。2004年1月,飞行已久的美国"星尘"号彗星探测器与怀尔德2号彗星交会,并在离彗核很近的距离用密度极低的氧化硅气溶胶首次获取彗核物质,现正飞行在返回地球的途中。这将是人类首次把除地球的卫星--月球以外的样本送回地球,也是"阿波罗"计划后的首次样品回送任务。这些样品可为宇宙形成和地球生命起源的研究提供重要线索。欧洲空间局则2004年3月2日发射了其第1个彗星探测器"罗塞塔"。它将经过10年的长途跋涉进入"楚留莫夫-格拉西门克"彗星轨道,并向该彗星着陆器,这在人类航天史上也是前所未有。 2004年所取得的空间探测它可使人类进一步了解太阳系和宇宙(包括生命)的起源和演化,为开发和利用空间资源及扩展人类的生存空间做准备。例如,科学家们认为彗星事实上就是宇宙产生时期剩下的原始物空间探测空间探测质,所以探测彗星有助于人类搞清地球上生命的起源。而欧航局"火星快车"号探测器在火星表面直接发现水,对人类同样意义重大,因为水不仅能用于人类未来在火星上生存,开辟第2个家园,水中的氢元素还作为未来人类星际旅行的燃料。

总的来说,空间探测将为人类大规模开发空间资源奠定技术基础,解决地球上存在的能源问题、人口问题和环境问题等。例如,地球能容纳的人口是有限的,大约80亿-110亿,因此有些人已经开始研究向外空移民的方案了;地球上的能源也日益紧张,开发太空矿藏也是空间探测的一大目标。

庞之浩在展望未来空间探测的发展趋势时认为,冷战结束后,空间探测的科学意义和经济效益等被越来越多的国家所认可。因此,随着各国经济和技术的长足进步,参与空间探测的国家正逐渐增多,空间探测的深度和广度也不断扩大。空间探测的计划越来越长远,投资也日趋庞大。2004年1月14日,美国总统布什在航宇局总部宣布了一项旨在探索太空和将人类足迹扩展到整个太阳系的新太空计划,即美国将制造新一代宇宙飞船,使美国航天员最早于2015年重返月球建立基地,并以此为跳板,在2030年以后把人类送上火星乃至更遥远的宇宙空间。欧洲2004年出台的"曙光"计划与美国类似,也是史无前例的"一揽子"计划。

由于空间探测投资较大,所以国际合作将是未来空间探测的特点之一。就印度来说,它已收到20个国家参与其探月计划的申请。目前美国、以色列、加拿大、德国以及欧洲空间局都递交了合作申请,他们都希望将科学仪器放置在预计于2007年发射的印度月球探测器上。美国、俄罗斯和欧洲也在积极探讨有关载人火星探测的国际合作途径。 从人类的科学认识、技术水平和经济条件等方面综合考虑,在可以预测的将来,空间探测重点仍将是月球和火星。月球探测的战略目标是建设月球基地,开发和利用月球的资源和能源与特殊环境,为人类社会的可持续发展服务。

欧洲的"智慧"1号计划、中国的"嫦蛾"1号计划和印度的月球探测计划等,均以月球资源探测为主要目标。本世纪前20年将掀起人类探测火星的新热潮。它是人类开展深空探测的关键性步骤。人类可望于2011年在地球上获得火星返回样品,最终实现载人登上火星。

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