[原创]实施星际探测二十年 日本航天科技藏实力

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 21:03:14
开展星际飞行,必须让飞行器脱离地球引力场,长期对遥远的飞行器进行精确控制。为实施各种探测任务,飞行器上还要携带各种专门仪器和远程通讯设备,配备长期提供能源和动力的装置,这必然增加飞行器的重量。例如,探月飞行轨道距地面的高度达到38万公里。而中国航天器迄今所到达的最远距离约7.8万公里,即“双星计划”中的探测1号,重约350千克,于2003年12月30日发射升空。星际探测计划充满挑战性,离不开大量高级复杂技术的支撑,包括大型运载火箭,高效能外空推进器,抗辐射耐久器件,高集成度智能系统,深空微信号通讯,复杂轨道设计,机动变轨飞行,远距精确定位,全程监测遥控,等等。在这些领域,日本拥有雄厚的工业基础和技术储备。另一方面,日本国内资源匮乏,所以对星际探测很感兴趣,以期尽早了解某些星球上的资源分布,预先评估开发近地天体矿藏的可行性。为此,日本自上世纪80年代就开始实施星际探测计划。
1985年1月8日,在鹿儿岛(Kagoshima)的内之浦太空中心,日本的首颗星际探测器“先驱”号发射成功,飞往76年才回归一次的哈雷彗星。“先驱”号的外形呈圆筒状,直径1.4米,高0.7米,重约138千克。在一年多的飞行途中,它用磁强计和等离子体测量仪等专用仪器探测了太阳风及其与慧星之间的相互影响,于1986年3月11日从700万公里远处飞过哈雷彗星。按照原定计划,“先驱”号将于1992年从远离地球1500万公里处飞过。但是,1987年1月下旬,日本重新启动了已经完成预定任务的“先驱”号,让它调整轨道,于1992年1月8日靠近地球作借力飞行,并在此后4年里4次穿越地球附近作借力机动飞机。1993年6月和1994年10月两次飞临地球时,“先驱”号在地球背阳面150~300万公里处观测地球磁尾,采集了大量珍贵数据。此后,日本又让“先驱”号在1996年与距地球2500万千米的“木田-姆尔科斯-帕久莎科瓦”慧星会合,从慧尾一侧接近彗星进行探测。日本还在1985年8月19日发射了“彗星”号探测器,它于1986年3月8日从距哈雷彗星15万公里处掠过,拍摄到了慧发周围的氢冕。
1990年1月24日,日本用M3S2固体火箭发射了月球探测器“缪斯A”(MUSES-A),进入太空后更名为“飞天”(Hiten)。飞天号探测器在200公里高度时与火箭分离,进入距地面200公里至50万公里的椭圆形轨道。该飞行器近似圆筒形,直径1.4米,高0.8米,重约182千克,主要用于地-月轨道环境探测。其顶部还携带了一颗篮球大小重约12千克的“羽衣”号月球轨道器,专门用于绕月观测。1990年3月18日,飞天号探测器施放出羽衣号子卫星。1990年3月19日,探测器运行至离月面18000公里处,借助月球引力加速,修正到长椭圆轨道。然后,羽衣号转移到距月面17000公里至25000公里的椭圆环月轨道上,成为日本首颗绕月球运行的卫星,飞天号母体则在地-月系统的大椭圆轨道上运行。在此后的一年内,飞天号又进行了7次借力式飞行,于1992年2月15日转移到距月面14700公里的月球轨道,继续对月观测,最终于1993年4月10日撞向月球,深入月球表面以下2~3米。在长达三年多的飞行中,飞天号探测器先后完成了10次月球飞行实验,包括掠过月球表面、环月飞行以及在月球表面硬着陆等。日本探月飞行的成功,率先打破了美苏30多年的垄断,使日本成为世界上第三个独立研制和发射月球探测器的国家。
日本在1996年10月正式宣布要在未来30年内建成永久性月球基地,为此目标而继续实施更复杂的月球探测计划。1991年,日本开始研制“月球A”(Lunar-A)探测器,重540公斤,其任务寿命为1年,进入200公里高的环月轨道后将向月面投放3个用于研究月震的“矛型”穿透器。穿透器将通过喷气分离至距轨道器35 公里处,调整姿态后自由下落,以每秒250米的速度撞击月球表面,钻入表面以下2~3 米。每个穿透器各长80厘米,直径16厘米,约重13千克,配备可持续一年的蓄电池、月震测量仪、温度传感器、加速度测量仪、热导率探头和数据存储装置,每隔15天将数据发给轨道器。同时,日本还在发展“月神”(SELENE)计划,包括月球轨道飞行器和搭载的软着陆器。2002年,原ISAS和东京大学合作开发成功名为“鼹鼠”的月球探测机器人,它可以像鼹鼠一样垂直钻入月面以下11米深处,采集岩石标本加以分析。“鼹鼠”机器人是一个长20厘米,直径10厘米的圆筒,有掘进和排砂两种装置。排砂装置有两根旋转的滚柱,把挖出的砂石辗轧结实,掘进装置把活塞顶在辗轧后的砂石上,用活塞推动身体前进。该项目下一步的任务是研制直径为20至30厘米的月球表面配合设备,装备太阳能电池以向“鼹鼠”机器人供应电力,还负责接收机器人传回的探测数据。
火星是距离地球最近的行星,最可能有生命演化环境,一直是行星探测活动的聚焦点。1998年7月4日,日本用M5固体火箭成功发射了重约540千克的“希望”号火星探测器,原名“行星-B”(Planet-B),使日本成为继美苏之后世界上第三个独立发射行星探测器的国家。同年9月24日和12月18日,“希望”号两度掠过月球,接着在12月20日首次掠过地球,近地点高度约1000公里,借力变轨飞向火星。但是,由于在近地点时发动机未产生足够推力,“希望”号落入可能与火星碰撞的轨道,只得在次日让发动机再次点火以校正偏差,才把它送上与火星会合之路。后来估算,由于发动机超时工作消耗了过多燃料,“希望”号很难按原计划在1999年10月进入火星轨道。地面控制中心决定,让它在2003年12月靠近火星时再进入环绕火星的轨道,因为这个方案需要的燃料较少。但是,2003年6月的电路故障导致推进系统停止工作。2003年12月,“希望”号的修复作业仍告无效,再次飞向火星的尝试失败,只能留在绕太阳运行的轨道上,与火星失之交臂,日本首次火星探测计划被迫半途而废。
日本原计划在2008年发射其首颗金星探测器,重647千克,在2009年进入300公里至6000公里高的椭圆金星轨道,以探测金星大气层。火星探测计划严重受挫后,日本对登月计划进行了全面复核,结果发现了不少问题,于是决定推迟发射月球登陆器,而规划中的金星探测器和水星探测器也延后了。
小行星的主要成分是金属、矿物质和冰状碎屑,就太空资源的潜在经济价值而言,探测近地小行星的战略意义决不亚于月球探测。 “爱神”(Eros) 是第二大的近地小行星,距地球约3亿公里,因此很受关注。中1996年2月17日,美国“近地小行星约会”(NEAR)计划中的“鞋匠”(Shoemaker)号探测器发射升空。2000年2月14日情人节,“鞋匠”成功进入“爱神”的轨道,成为世界第一个伴随小行星的人造卫星。2001年2月12日,它又安全降落在小行星表面,成为世界第一个在小行星上成功着陆的探测器。日本受此鼓舞,在2001年也向“爱神”发射了日本第一个小行星探测器,按计划它应登陆采样再返回地球,但是它在太空发生故障而使该计划提前终止。
2003年5月9日,日本从鹿儿岛太空中心用M5火箭发射了“隼鸟(Hayabusa)”号小行星探测器,原名“缪斯C”(MUSES-C),重510公斤,采用燃料消耗率很低的离子火箭发动机,通过电离氙气产生高速束流来推进。按预定计划,它将沿着外切地球公转轨道、内切“丝川”(Itokawa)小行星公转轨道的弧圈飞行,两年多后抵达并巡游在小行星附近,在其表面短时间着陆,采集约1克重的岩石样本,再在四年后回到地球,让装着样本的返回舱在澳大利亚南部沙漠中软着陆。总重约20千克的返回舱将尝试双曲线再入技术,从星际轨道直接进入大气层,下坠速度高达每秒13公里。“隼鸟”号上还携带了一个重约590克的微型探测机器人“智慧女神”(MINERVA),呈圆柱型,高10厘米,直径12厘米,可单独在小行星上着陆,利用小行星表面的微重力,以5至10米的跨度跳跃式行进两天。“智慧女神”机器人仅有罐头大小,其造价却达1000万美元,配备有太阳能电池板、高精度摄像机和高灵敏度传感器,可将图片和小行星表面温度等数据通过“隼鸟”号传回地球。此次将探测的小行星是由美国林肯实验室于1998年9月发现的,国际编号为“1998SF36”,经日本申请,在“隼鸟”号升空之年以已故日本火箭之父丝川命名。它实际上是形似土豆的大石头,比“爱神”小行星要小得多,长约609米,宽约287米,厚约264米,约12小时自转一周。这颗小行星以每秒30公里的速度沿椭圆轨道绕太阳公转,其近日点距太阳1.41亿公里,位于地球轨道以内,而远日点距太阳2.53亿公里,超出火星轨道。由于其轨道与地球轨道交叉,“丝川”小行星有可能撞击地球。它与地球平均距离约3亿公里,目前距地球3亿7800万公里。
2004年5月19日,“隼鸟”号在太空飞行一圈之后,接近东太平洋上方约3700公里处的近地点,借助地球引力在不消耗燃料的情况下使秒速增加4公里,修正了飞行轨道,还对地球和月球进行了拍摄。2005年7月31日,“隼鸟”号有一台离子发动机发生故障,但其余三台发动机功能正常。根据设计要求,只需两台离子发动机交替工作,就能控制“隼鸟”号的飞行。8月12日,“隼鸟”号离目标小行星约3.5万公里,以每秒38米的速度接近它,并成功拍摄到了它的图像。8月17日,“隼鸟”号远离地球3亿4022公里,而距小行星仅2万199公里。地面遥控指令需要16分钟才能到达那里,不能进行实时控制,“隼鸟”号必须根据事先设定的各种程序自行适时判断,独自完成很多预定任务。在飞近小行星的途中,“隼鸟”号对它拍照数十次,通过综合分析这些照片和地面观测数据,地面控制中心对其飞行状态进行了精密调整。当“隼鸟”号离目标9600公里处时,接近速度为每秒25米;在7700公里处时,速度减为每秒15米;在3500公里处时,速度减为每秒10米。9月4日早上,“隼鸟”号离目标仅约1000公里。9月12日,“隼鸟”号悬停在离目标20公里处,准备在它附近实施为期三个月的详细观测,选定采样地点。此时,“隼鸟”号已在太空飞行了两年零四个月,绕太阳运行两周,行程长达20亿公里。
2005年10月4日,“隼鸟”号正在离小行星7公里处运行,又有一台离子推进器出现故障,一度陷入困境。自11月10日开始,“隼鸟”号转为使用化学火箭助推器作动力,因为离子火箭发动机虽然可以精确控制方向,但费时较长。11月12日,“隼鸟”号降落到离小行星表面60米高度时,向小行星投放了 “智慧女神”机器人。然而,这个“智慧女神”似乎偏离了预定轨道,没能在小行星上着陆,也许正在飘离小行星。虽然“隼鸟”号当时仍能通过无线电波与它联系,但可能不久就会超出信号接收范围。
2005年11月20日凌晨,“隼鸟”号用激光测距仪确认与小行星表面的距离,在高度降到40米时投下一个带有反射装置的金属球,以标识着陆地点,接着缓慢下降至17米高处。按计划,探测器将伸出40厘米长的喇叭形取样装置,在碰触小行星表面约一秒钟的瞬间,用气枪射出直径约1厘米的5~10克重的钽金属弹丸,以每秒180米的高速击碎表面岩石,溅起的沙石尘土被收进探测器的底舱。然后,探测器应迅速离开,升到8.4公里高处继续环绕小行星飞行,同时将数据传回地球。就在着陆的关键阶段,其位置和速度数据出现了问题,地面控制中心立即发出了上升指令,却发现无法与它联系。联系中断了大约3个小时,“隼鸟”号转入自动控制模式,储存自身数据。恢复联系后传回地面的数据表明,它的确曾经着陆,因着陆传感装置失灵,折腾了30分钟也没能伸出岩石采集装置,大大超过设定时限,采样活动失败。它离开小行星后一下上升到约100公里高处,比要求的高度超出许多,姿态控制也出现问题。经地面人员努力,次日“隼鸟”号的姿态控制恢复正常,回到离小行星50公里远的地方。11月22日,“隼鸟”号继续接近小行星,为再次尝试着陆和取样做好了准备。
11月26日早上,“隼鸟”号到达小行星上方10米高处时,利用小行星引力自然下落,成功着陆在离预定着陆点30米以内,经过两次反弹再落下,在小行星表面停留了共约30分钟,然后按地面人员的指令离开。虽然“隼鸟”号着陆时可能没有射出金属弹丸,但是它与岩石表面接触了几秒钟,在着陆冲击力的作用下,仍然有可能采集到一些土壤样本。“隼鸟”号离开小行星表面后在其附近运行,但空中姿态一直不稳定,很可能是发动机燃料泄漏所致。12月9日以后,地面控制中心几乎失去与“隼鸟”号的通信联络。据日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)12月14日的消息,故障依然未能修复,估计完成各种修复工作可能需要1年时间。而按原计划,“隼鸟”号应于12月上旬踏上归途,绕行10亿公里,在2007年6月软着陆于澳大利亚南部的沙漠中。由于“隼鸟”号多次发生故障,空耗不少燃料,如果返航途中燃料不足,就可能功亏一篑。日本研究人员正在探讨节约燃料的对策,如2006年秋后启程,“隼鸟”号可抄近路返回,其返回日期也将推迟3年。
自从美国和苏联在上世纪60~70年代采集距地球38万4400公里的月球岩石样本以来,直到本世纪初人类未曾从太空取回过物质样本。2001年8月,美国“起源”(Genesis)号探测器升入太空,在三年飞行中收集太阳风粒子。2004年9月8日,其直径1.5米的碟形回收舱脱离母体,再入大气层时未能打开降落伞,坠落在美国犹他州的沙漠里,从其残骸中收回了大部分太阳风粒子样本。美国更早发射的“星尘”(Stardust)号探测器则于1999年2月8日升空,在2004年1月2日与距地球3.9亿公里远的“狂野2号”(Wild 2)彗星会合,在高速穿越彗发时收集到几千颗尘埃微粒。2006年1月15日,“星尘”号在飞行40亿公里后从1万多公里的高空掠过地球, 总重46千克的返回舱携带着彗星尘埃与母体分离,并在美国犹他州沙漠里软着陆成功,是人类首次把遥远天体附近的尘埃样本送回地球。
继美国和日本之后,欧洲也开展了类似的登陆计划,于2004年3月2日成功发射了“罗赛塔”(Rosetta)号探测器。它将在太空奔波长达十年行程50亿公里,经过两次地球借力和一次火星借力飞行,于2014年1月与离地球非常遥远的“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星会合,然后围绕其彗核运行。2014年11月,其携带的“菲莱”号着陆舱将与轨道器分离,在彗核上软着陆并拍摄周围环境,钻探彗核以研究彗核表面及不同深度处的物质,然后将数据通过轨道器发回地面,但不会把样本送回地球。按计划,人类首次火星取样返回任务将在2014~2016年进行,为美俄欧三方联合的载人飞行。总之,如果日本成功完成这个富有冒险精神的小行星探测计划,将是人类首次直接获得遥远天体表面上的岩石样本。
日本拥有尖端电子工业和精良的加工制造能力,在光电集成、载荷微型化、智能机器人、精确制导、自动导航、轨道调控和复合材料等方面,日本某些创新技术甚至赶超美欧水平。凭借这些资本和经济基础,日本早在20年前就已克复了很多技术障碍,成为继美苏之后世界上第三个具备星际飞行探测能力的国家。虽然日本的星际探测计划规模不大,但以追求原创特色和技术领先为标准。尽管难度高挑战大而失误多,日本经过多年积极尝试探索,在近地天体探测方面颇有建树,在天体引力辅助飞行方面获得了非同寻常的经验。回顾其长达二十年的星际探测历程,有助于更全面地看待日本隐藏的航天科技实力,不可过于低估。开展星际飞行,必须让飞行器脱离地球引力场,长期对遥远的飞行器进行精确控制。为实施各种探测任务,飞行器上还要携带各种专门仪器和远程通讯设备,配备长期提供能源和动力的装置,这必然增加飞行器的重量。例如,探月飞行轨道距地面的高度达到38万公里。而中国航天器迄今所到达的最远距离约7.8万公里,即“双星计划”中的探测1号,重约350千克,于2003年12月30日发射升空。星际探测计划充满挑战性,离不开大量高级复杂技术的支撑,包括大型运载火箭,高效能外空推进器,抗辐射耐久器件,高集成度智能系统,深空微信号通讯,复杂轨道设计,机动变轨飞行,远距精确定位,全程监测遥控,等等。在这些领域,日本拥有雄厚的工业基础和技术储备。另一方面,日本国内资源匮乏,所以对星际探测很感兴趣,以期尽早了解某些星球上的资源分布,预先评估开发近地天体矿藏的可行性。为此,日本自上世纪80年代就开始实施星际探测计划。
1985年1月8日,在鹿儿岛(Kagoshima)的内之浦太空中心,日本的首颗星际探测器“先驱”号发射成功,飞往76年才回归一次的哈雷彗星。“先驱”号的外形呈圆筒状,直径1.4米,高0.7米,重约138千克。在一年多的飞行途中,它用磁强计和等离子体测量仪等专用仪器探测了太阳风及其与慧星之间的相互影响,于1986年3月11日从700万公里远处飞过哈雷彗星。按照原定计划,“先驱”号将于1992年从远离地球1500万公里处飞过。但是,1987年1月下旬,日本重新启动了已经完成预定任务的“先驱”号,让它调整轨道,于1992年1月8日靠近地球作借力飞行,并在此后4年里4次穿越地球附近作借力机动飞机。1993年6月和1994年10月两次飞临地球时,“先驱”号在地球背阳面150~300万公里处观测地球磁尾,采集了大量珍贵数据。此后,日本又让“先驱”号在1996年与距地球2500万千米的“木田-姆尔科斯-帕久莎科瓦”慧星会合,从慧尾一侧接近彗星进行探测。日本还在1985年8月19日发射了“彗星”号探测器,它于1986年3月8日从距哈雷彗星15万公里处掠过,拍摄到了慧发周围的氢冕。
1990年1月24日,日本用M3S2固体火箭发射了月球探测器“缪斯A”(MUSES-A),进入太空后更名为“飞天”(Hiten)。飞天号探测器在200公里高度时与火箭分离,进入距地面200公里至50万公里的椭圆形轨道。该飞行器近似圆筒形,直径1.4米,高0.8米,重约182千克,主要用于地-月轨道环境探测。其顶部还携带了一颗篮球大小重约12千克的“羽衣”号月球轨道器,专门用于绕月观测。1990年3月18日,飞天号探测器施放出羽衣号子卫星。1990年3月19日,探测器运行至离月面18000公里处,借助月球引力加速,修正到长椭圆轨道。然后,羽衣号转移到距月面17000公里至25000公里的椭圆环月轨道上,成为日本首颗绕月球运行的卫星,飞天号母体则在地-月系统的大椭圆轨道上运行。在此后的一年内,飞天号又进行了7次借力式飞行,于1992年2月15日转移到距月面14700公里的月球轨道,继续对月观测,最终于1993年4月10日撞向月球,深入月球表面以下2~3米。在长达三年多的飞行中,飞天号探测器先后完成了10次月球飞行实验,包括掠过月球表面、环月飞行以及在月球表面硬着陆等。日本探月飞行的成功,率先打破了美苏30多年的垄断,使日本成为世界上第三个独立研制和发射月球探测器的国家。
日本在1996年10月正式宣布要在未来30年内建成永久性月球基地,为此目标而继续实施更复杂的月球探测计划。1991年,日本开始研制“月球A”(Lunar-A)探测器,重540公斤,其任务寿命为1年,进入200公里高的环月轨道后将向月面投放3个用于研究月震的“矛型”穿透器。穿透器将通过喷气分离至距轨道器35 公里处,调整姿态后自由下落,以每秒250米的速度撞击月球表面,钻入表面以下2~3 米。每个穿透器各长80厘米,直径16厘米,约重13千克,配备可持续一年的蓄电池、月震测量仪、温度传感器、加速度测量仪、热导率探头和数据存储装置,每隔15天将数据发给轨道器。同时,日本还在发展“月神”(SELENE)计划,包括月球轨道飞行器和搭载的软着陆器。2002年,原ISAS和东京大学合作开发成功名为“鼹鼠”的月球探测机器人,它可以像鼹鼠一样垂直钻入月面以下11米深处,采集岩石标本加以分析。“鼹鼠”机器人是一个长20厘米,直径10厘米的圆筒,有掘进和排砂两种装置。排砂装置有两根旋转的滚柱,把挖出的砂石辗轧结实,掘进装置把活塞顶在辗轧后的砂石上,用活塞推动身体前进。该项目下一步的任务是研制直径为20至30厘米的月球表面配合设备,装备太阳能电池以向“鼹鼠”机器人供应电力,还负责接收机器人传回的探测数据。
火星是距离地球最近的行星,最可能有生命演化环境,一直是行星探测活动的聚焦点。1998年7月4日,日本用M5固体火箭成功发射了重约540千克的“希望”号火星探测器,原名“行星-B”(Planet-B),使日本成为继美苏之后世界上第三个独立发射行星探测器的国家。同年9月24日和12月18日,“希望”号两度掠过月球,接着在12月20日首次掠过地球,近地点高度约1000公里,借力变轨飞向火星。但是,由于在近地点时发动机未产生足够推力,“希望”号落入可能与火星碰撞的轨道,只得在次日让发动机再次点火以校正偏差,才把它送上与火星会合之路。后来估算,由于发动机超时工作消耗了过多燃料,“希望”号很难按原计划在1999年10月进入火星轨道。地面控制中心决定,让它在2003年12月靠近火星时再进入环绕火星的轨道,因为这个方案需要的燃料较少。但是,2003年6月的电路故障导致推进系统停止工作。2003年12月,“希望”号的修复作业仍告无效,再次飞向火星的尝试失败,只能留在绕太阳运行的轨道上,与火星失之交臂,日本首次火星探测计划被迫半途而废。
日本原计划在2008年发射其首颗金星探测器,重647千克,在2009年进入300公里至6000公里高的椭圆金星轨道,以探测金星大气层。火星探测计划严重受挫后,日本对登月计划进行了全面复核,结果发现了不少问题,于是决定推迟发射月球登陆器,而规划中的金星探测器和水星探测器也延后了。
小行星的主要成分是金属、矿物质和冰状碎屑,就太空资源的潜在经济价值而言,探测近地小行星的战略意义决不亚于月球探测。 “爱神”(Eros) 是第二大的近地小行星,距地球约3亿公里,因此很受关注。中1996年2月17日,美国“近地小行星约会”(NEAR)计划中的“鞋匠”(Shoemaker)号探测器发射升空。2000年2月14日情人节,“鞋匠”成功进入“爱神”的轨道,成为世界第一个伴随小行星的人造卫星。2001年2月12日,它又安全降落在小行星表面,成为世界第一个在小行星上成功着陆的探测器。日本受此鼓舞,在2001年也向“爱神”发射了日本第一个小行星探测器,按计划它应登陆采样再返回地球,但是它在太空发生故障而使该计划提前终止。
2003年5月9日,日本从鹿儿岛太空中心用M5火箭发射了“隼鸟(Hayabusa)”号小行星探测器,原名“缪斯C”(MUSES-C),重510公斤,采用燃料消耗率很低的离子火箭发动机,通过电离氙气产生高速束流来推进。按预定计划,它将沿着外切地球公转轨道、内切“丝川”(Itokawa)小行星公转轨道的弧圈飞行,两年多后抵达并巡游在小行星附近,在其表面短时间着陆,采集约1克重的岩石样本,再在四年后回到地球,让装着样本的返回舱在澳大利亚南部沙漠中软着陆。总重约20千克的返回舱将尝试双曲线再入技术,从星际轨道直接进入大气层,下坠速度高达每秒13公里。“隼鸟”号上还携带了一个重约590克的微型探测机器人“智慧女神”(MINERVA),呈圆柱型,高10厘米,直径12厘米,可单独在小行星上着陆,利用小行星表面的微重力,以5至10米的跨度跳跃式行进两天。“智慧女神”机器人仅有罐头大小,其造价却达1000万美元,配备有太阳能电池板、高精度摄像机和高灵敏度传感器,可将图片和小行星表面温度等数据通过“隼鸟”号传回地球。此次将探测的小行星是由美国林肯实验室于1998年9月发现的,国际编号为“1998SF36”,经日本申请,在“隼鸟”号升空之年以已故日本火箭之父丝川命名。它实际上是形似土豆的大石头,比“爱神”小行星要小得多,长约609米,宽约287米,厚约264米,约12小时自转一周。这颗小行星以每秒30公里的速度沿椭圆轨道绕太阳公转,其近日点距太阳1.41亿公里,位于地球轨道以内,而远日点距太阳2.53亿公里,超出火星轨道。由于其轨道与地球轨道交叉,“丝川”小行星有可能撞击地球。它与地球平均距离约3亿公里,目前距地球3亿7800万公里。
2004年5月19日,“隼鸟”号在太空飞行一圈之后,接近东太平洋上方约3700公里处的近地点,借助地球引力在不消耗燃料的情况下使秒速增加4公里,修正了飞行轨道,还对地球和月球进行了拍摄。2005年7月31日,“隼鸟”号有一台离子发动机发生故障,但其余三台发动机功能正常。根据设计要求,只需两台离子发动机交替工作,就能控制“隼鸟”号的飞行。8月12日,“隼鸟”号离目标小行星约3.5万公里,以每秒38米的速度接近它,并成功拍摄到了它的图像。8月17日,“隼鸟”号远离地球3亿4022公里,而距小行星仅2万199公里。地面遥控指令需要16分钟才能到达那里,不能进行实时控制,“隼鸟”号必须根据事先设定的各种程序自行适时判断,独自完成很多预定任务。在飞近小行星的途中,“隼鸟”号对它拍照数十次,通过综合分析这些照片和地面观测数据,地面控制中心对其飞行状态进行了精密调整。当“隼鸟”号离目标9600公里处时,接近速度为每秒25米;在7700公里处时,速度减为每秒15米;在3500公里处时,速度减为每秒10米。9月4日早上,“隼鸟”号离目标仅约1000公里。9月12日,“隼鸟”号悬停在离目标20公里处,准备在它附近实施为期三个月的详细观测,选定采样地点。此时,“隼鸟”号已在太空飞行了两年零四个月,绕太阳运行两周,行程长达20亿公里。
2005年10月4日,“隼鸟”号正在离小行星7公里处运行,又有一台离子推进器出现故障,一度陷入困境。自11月10日开始,“隼鸟”号转为使用化学火箭助推器作动力,因为离子火箭发动机虽然可以精确控制方向,但费时较长。11月12日,“隼鸟”号降落到离小行星表面60米高度时,向小行星投放了 “智慧女神”机器人。然而,这个“智慧女神”似乎偏离了预定轨道,没能在小行星上着陆,也许正在飘离小行星。虽然“隼鸟”号当时仍能通过无线电波与它联系,但可能不久就会超出信号接收范围。
2005年11月20日凌晨,“隼鸟”号用激光测距仪确认与小行星表面的距离,在高度降到40米时投下一个带有反射装置的金属球,以标识着陆地点,接着缓慢下降至17米高处。按计划,探测器将伸出40厘米长的喇叭形取样装置,在碰触小行星表面约一秒钟的瞬间,用气枪射出直径约1厘米的5~10克重的钽金属弹丸,以每秒180米的高速击碎表面岩石,溅起的沙石尘土被收进探测器的底舱。然后,探测器应迅速离开,升到8.4公里高处继续环绕小行星飞行,同时将数据传回地球。就在着陆的关键阶段,其位置和速度数据出现了问题,地面控制中心立即发出了上升指令,却发现无法与它联系。联系中断了大约3个小时,“隼鸟”号转入自动控制模式,储存自身数据。恢复联系后传回地面的数据表明,它的确曾经着陆,因着陆传感装置失灵,折腾了30分钟也没能伸出岩石采集装置,大大超过设定时限,采样活动失败。它离开小行星后一下上升到约100公里高处,比要求的高度超出许多,姿态控制也出现问题。经地面人员努力,次日“隼鸟”号的姿态控制恢复正常,回到离小行星50公里远的地方。11月22日,“隼鸟”号继续接近小行星,为再次尝试着陆和取样做好了准备。
11月26日早上,“隼鸟”号到达小行星上方10米高处时,利用小行星引力自然下落,成功着陆在离预定着陆点30米以内,经过两次反弹再落下,在小行星表面停留了共约30分钟,然后按地面人员的指令离开。虽然“隼鸟”号着陆时可能没有射出金属弹丸,但是它与岩石表面接触了几秒钟,在着陆冲击力的作用下,仍然有可能采集到一些土壤样本。“隼鸟”号离开小行星表面后在其附近运行,但空中姿态一直不稳定,很可能是发动机燃料泄漏所致。12月9日以后,地面控制中心几乎失去与“隼鸟”号的通信联络。据日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)12月14日的消息,故障依然未能修复,估计完成各种修复工作可能需要1年时间。而按原计划,“隼鸟”号应于12月上旬踏上归途,绕行10亿公里,在2007年6月软着陆于澳大利亚南部的沙漠中。由于“隼鸟”号多次发生故障,空耗不少燃料,如果返航途中燃料不足,就可能功亏一篑。日本研究人员正在探讨节约燃料的对策,如2006年秋后启程,“隼鸟”号可抄近路返回,其返回日期也将推迟3年。
自从美国和苏联在上世纪60~70年代采集距地球38万4400公里的月球岩石样本以来,直到本世纪初人类未曾从太空取回过物质样本。2001年8月,美国“起源”(Genesis)号探测器升入太空,在三年飞行中收集太阳风粒子。2004年9月8日,其直径1.5米的碟形回收舱脱离母体,再入大气层时未能打开降落伞,坠落在美国犹他州的沙漠里,从其残骸中收回了大部分太阳风粒子样本。美国更早发射的“星尘”(Stardust)号探测器则于1999年2月8日升空,在2004年1月2日与距地球3.9亿公里远的“狂野2号”(Wild 2)彗星会合,在高速穿越彗发时收集到几千颗尘埃微粒。2006年1月15日,“星尘”号在飞行40亿公里后从1万多公里的高空掠过地球, 总重46千克的返回舱携带着彗星尘埃与母体分离,并在美国犹他州沙漠里软着陆成功,是人类首次把遥远天体附近的尘埃样本送回地球。
继美国和日本之后,欧洲也开展了类似的登陆计划,于2004年3月2日成功发射了“罗赛塔”(Rosetta)号探测器。它将在太空奔波长达十年行程50亿公里,经过两次地球借力和一次火星借力飞行,于2014年1月与离地球非常遥远的“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星会合,然后围绕其彗核运行。2014年11月,其携带的“菲莱”号着陆舱将与轨道器分离,在彗核上软着陆并拍摄周围环境,钻探彗核以研究彗核表面及不同深度处的物质,然后将数据通过轨道器发回地面,但不会把样本送回地球。按计划,人类首次火星取样返回任务将在2014~2016年进行,为美俄欧三方联合的载人飞行。总之,如果日本成功完成这个富有冒险精神的小行星探测计划,将是人类首次直接获得遥远天体表面上的岩石样本。
日本拥有尖端电子工业和精良的加工制造能力,在光电集成、载荷微型化、智能机器人、精确制导、自动导航、轨道调控和复合材料等方面,日本某些创新技术甚至赶超美欧水平。凭借这些资本和经济基础,日本早在20年前就已克复了很多技术障碍,成为继美苏之后世界上第三个具备星际飞行探测能力的国家。虽然日本的星际探测计划规模不大,但以追求原创特色和技术领先为标准。尽管难度高挑战大而失误多,日本经过多年积极尝试探索,在近地天体探测方面颇有建树,在天体引力辅助飞行方面获得了非同寻常的经验。回顾其长达二十年的星际探测历程,有助于更全面地看待日本隐藏的航天科技实力,不可过于低估。
<P 0cm 0cm 0pt">附录1:美国的小天体登陆和物质取样活动<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt"><o:p> </o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="17" Month="2" Year="1996">1996年2月17日</st1:chsdate>,美国“近地小行星约会”(NEAR)计划中的“鞋匠”(Shoemaker)号探测器发射升空,绕地球一周后向正式编号为433的“爱神”(Eros)小行星飞去。“鞋匠”号小行星探测器总重约850公斤,如小汽车大小,携带了高分辨率照相机用于测绘小行星表面形貌,其他设备则用于测量小行星的密度、化学成分和磁场等。“爱神”小行星是800个可能撞击地球的近地小行星之一,离地球的最小距离只有2250万公里,目前距地球约3.16亿公里,其轨道介于地球与火星之间。它是形似土豆的整块巨形岩石,长约34公里,宽约<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="16" UnitName="公里">16公里</st1:chmetcnv>,厚约13公里,其表面重力仅为地球重力的万分之六,是已知的近地小天体中体积第二大的,其知名度可与小行星家族的老大“谷神星”和老二“灶神星”相提并论。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">1998年1月,“鞋匠”飞回地球附近,利用地球引力变轨。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="20" Month="12" Year="1998">1998年12月20日</st1:chsdate>,地面遥控人员启动了加速引擎,以便让它进入能在<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="10" Month="1" Year="1999">1999年1月10日</st1:chsdate>与“爱神”会合的轨道。但是,地面控制中心失去与它的联络达27小时,此间探测器进入安全模式,交会机动没成功。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="23" Month="12" Year="2006">12月23日</st1:chsdate>,它掠过了小行星,只能拍些照片。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="4" Month="1" Year="1999">1999年1月4日</st1:chsdate>,地面人员遥控引擎点火,将它的速度增加了每秒0.94公里,为一年之后与“爱神”再会做准备。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="14" Month="2" Year="2000">2000年2月14日</st1:chsdate>情人节,“鞋匠”的减速引擎顺利点火,以每秒<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="10" UnitName="米">10米</st1:chmetcnv>的速度飘向目标,进入离“爱神”330公里的轨道,成为世界第一个伴随小行星的人造卫星。此后一年内,“鞋匠”一直围绕“爱神”飞行,先后向地球发回了近20万张照片。至2001年初,它已经在太空中飞行了32亿公里,也开创了距离太阳如此遥远却完全依靠太阳能提供电力的世界先例。设计者当初根本未考虑给“鞋匠”安排着陆任务,主要是因为距离遥远,“遥控”登陆程序相当困难。在它即将耗尽燃料之际,地面控制中心却决定,让它冒险登陆小行星,进行一次实地考察。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="12" Month="2" Year="2001">2001年2月12日</st1:chsdate>,经过两次助推引擎点火,“鞋匠”脱离位于小行星表面上方35公里处的轨道,向“爱神”降落。在随后的4个多小时里,又四次启动引擎减速,下降速度逐渐减至每秒<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="3" UnitName="米">3米</st1:chmetcnv>以下,终于安全抵达小行星的表面,继续向地面发回无线电信号,又成为世界第一个在小行星上成功着陆的探测器。最初估计,由于小行星上的重力远比地球弱,“鞋匠”的降落速度大致相当于降落伞着陆的速度。如果着陆后的探测器完好无损,应该能在此后三个月内继续向地球发回信号。后来发现,由于“鞋匠”着陆的一瞬间曾经被反弹起<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="90" UnitName="米">90米</st1:chmetcnv>高,使它的高功率天线偏离了指向地球的正确方向,地面只能收集其备用天线传来的信息,一秒钟仅10比特,比正常情况慢了2600倍。原定在小行星表面工作两天,但是“鞋匠”一直停留到<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="28" Month="2" Year="2006">2月28日</st1:chsdate>。虽然它的通讯还能维持一个多月,但 “爱神”小行星在自转,等到“鞋匠”随之转到背向太阳那边时,其上的仪器将被冻坏,使探测工作都无法进行。按照地面发出的新指令,它停止了工作离开表面,重新返回小行星轨道,继续进行科学考察。<BR>  <st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="8" Month="2" Year="1999">1999年2月8日</st1:chsdate>,美国发射了总重340千克的“星尘”(Stardust)号探测器,朝木星的方向飞行,其目标是“狂野二号”(Wild 2)彗星。这颗彗星来自太阳系边缘,长期运行在冥王星轨道以外的地方,直到最近才进入太阳系内部,彗核直径约5公里近似圆球,目前距地球3.<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="1" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="900000000" UnitName="公里">9亿公里</st1:chmetcnv>远。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="2" Month="1" Year="2004">2004年1月2日</st1:chsdate>,历尽五年星际旅行后,“星尘”号以大约每秒<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="7" UnitName="公里">7公里</st1:chmetcnv>的相对速度与“狂野二号”彗星会合,用8分钟时间穿越宽达数千公里的彗发,最靠近彗核时的距离约为<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="240" UnitName="公里">240公里</st1:chmetcnv>。其间,“星尘”号张开了彗星尘埃收集器,其作用相当于“网球拍”。收集器用一种半透明的低密度海绵状材料制成,其主要成分是气体含量高达99.8%的二氧化硅,这种气体凝胶体系可用来捕捉彗星射出的尘埃微粒。高速运动的尘埃微粒撞击到高浓度气凝胶物质上,由于特殊的缓冲作用而逐渐减速,其中一部分最终被俘获而贮存在凝胶中,从而尽可能保持颗粒的完整性。在上千万颗彗星尘埃微粒的“轰炸”下,收集器可以从它们中捕获数千个微粒。一旦完成取样离开彗星,尘埃搜集装置就合拢起来,以保护人类的第一批彗星尘埃样本。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="15" Month="1" Year="2006">2006年1月15日</st1:chsdate>,“星尘”号飞行了40亿公里之后,从1万多公里的高空掠过地球。这时,直径<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue=".8" UnitName="米">0.8米</st1:chmetcnv>总重46千克的返回舱,携带着彗星尘埃与母体分离,以每秒13公里的高速再入大气层。尽管其不规则气动外形使得安全回收的难度很大,它仍然在美国犹他州沙漠里软着陆成功。此前,2001年8月升入太空的美国“起源”(Genesis)号探测器,曾在三年飞行中收集太阳风粒子。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="8" Month="9" Year="2004">2004年9月8日</st1:chsdate>,其直径1.<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="5" UnitName="米">5米</st1:chmetcnv>的碟形回收舱脱离母体,再入大气层时因传感器失灵而未能打开降落伞,坠落在美国犹他州的沙漠里,从其残骸中收回了大部分太阳风粒子样本。“星尘”号圆满完成任务,则是人类首次把遥远天体附近的物质样本送回地球。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="12" Month="1" Year="2005">2005年1月12日</st1:chsdate>,美国“深度撞击”号探测器升空,携带着彗星撞击舱,飞向“坦普尔1号”彗星。撞击舱重约372千克,其核心部件是高约<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="1" UnitName="米">1米</st1:chmetcnv>的铜合金锥体,主要成分是49%的铜和24%的铝,再添加3%的铍以增加硬度。当它以每秒10公里的高速直接撞击彗核表面,会产生直径约<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="200" UnitName="米">200米</st1:chmetcnv>深约<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="50" UnitName="米">50米</st1:chmetcnv>的巨坑,相当于5吨TNT炸药的威力,使彗核内部物质暴露出来供分析研究。“坦普尔1号”是离地球相对较近的彗星,在木星与火星之间的小行星带上运行,绕太阳公转的周期为5.74年,目前距地球1.33亿公里。其彗核形似大土豆,长约14公里,宽约4.8公里,表面覆盖着10多米厚的粉末状物质,有点像地球上的沙漠。粉末层以下是蓬松多孔而坚硬的冰岩混合结构,平均密度只有<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue=".6" UnitName="克">0.6克</st1:chmetcnv>/立方厘米,比冰还轻。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="2" Month="7" Year="2005">2005年7月2日</st1:chsdate>,经过4.31亿公里的飞行,“深度撞击”号探测器抵达“坦普尔1号”附近,其撞击舱与轨道器分离并准备在24小时后撞向彗核。轨道器则减速变轨,在500公里安全距离以外继续飞行并观测整个撞击过程,同时将获得的数据发回地球。7月3日,在撞击发生前2个小时,轨道器向撞击舱发出指令,使撞击舱准时进入自动导航模式。离撞击还有90、35及12.5分钟之时,撞击舱分别实施了三次发动机点火以调整姿态,最终以25度的倾角精确地击中目标。在撞向彗核时,撞击舱携带的相机一直对准彗核表面拍摄,最后一幅图像是在撞击前三秒时拍的,离彗核只有大约30公里远,而分辨率达到<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="4" UnitName="米">4米</st1:chmetcnv>。撞击激起数十万吨原本覆盖在彗核表面的粉末碎屑,以每秒5公里的速度腾起直达彗发层,迅速在彗星一侧形成绵延数千公里的喷发状云雾。撞击还产生数千度高温,使喷发出的物质发出强光,从地球观测的彗星亮度猛增5倍。在撞击发生13分钟之后,轨道器暂时停止收集数据,进入自我保护模式,以免被撞击产生的碎片击中。撞击40分钟后,顺利度过“危险期”的轨道器与地面控制中心恢复联系,继续进行观测。轨道器掠过撞击坑时,采集了彗核喷发出的物质进行研究。但是,由于大量云雾浮尘还没有散开,对撞击坑的近距离观测受阻。此后,轨道器离彗核越来越远,遗憾地失去了最佳拍摄位置。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="20" Month="7" Year="2006">7月20日</st1:chsdate>,“深度撞击”号开始调整轨道,计划在2008年回到地球附近,利用地球引力辅助重新调整路线,再飞往另一个最合适的探索目标。因为轨道器还剩300多千克燃料,足够完成下一次星际旅行。一旦美国NASA对此计划增拨必要的预算资金,“深度撞击”号将正式锁定 “85P/波辛”彗星,于2009年初飞抵这颗以11年的周期围绕太阳公转的彗星。轨道器的预定观测计划持续到8月,完成数据收集与传输任务以后,其精密摄像机和仪器等重要系统将被关闭,以待飞越下一颗彗星时能再次近距离观测彗核,但是无法重复撞击行动。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">世界首颗冥王星探测器“新视野”(New Horizon)号,原定于<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="17" Month="1" Year="2006">2006年1月17日</st1:chsdate>升空,但美国NASA出于气象原因推迟发射。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="11" Month="1" Year="2006">2006年1月11日</st1:chsdate>至<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="14" Month="2" Year="2006">2月14日</st1:chsdate>之间,都将是“新视野”号探测器发射的好时机,为此设计了两套飞行轨道方案。如果能在<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="11" Month="1" Year="2006">1月11日</st1:chsdate>至<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="2" Month="2" Year="2006">2月2日</st1:chsdate>之间的第一发射窗口升空,探测器将于2007年飞越木星,借助木星的巨大引力场进行加速和轨道修正,以每秒<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="13.85" UnitName="公里">13.85公里</st1:chmetcnv>的速度在2015年7月飞抵冥王星。若错过第一发射窗口,探测器将改用第二条飞行路线,因无法利用木星引力场的辅助,到达冥王星的时间将推迟到2020年前后。“新视野”号将在环绕冥王星的轨道上工作5个月,与冥王星最近距离小于<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="1" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="10000" UnitName="公里">1万公里</st1:chmetcnv>,与其主要卫星“卡容”的最近距离为2.<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="1" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="70000" UnitName="公里">7万公里</st1:chmetcnv>,还将探测另外两个较小卫星,后者是“哈勃”太空望远镜在2005年底刚发现的。在完成对冥王星及其卫星的探测后,如果技术状况和资金条件允许,“新视野”号还将飞向伊伯带的若干小天体,具体目标现在还未定。该探测器长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2.1" UnitName="米">2.1米</st1:chmetcnv>,总重接近1吨,除去推进剂后净重<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="470" UnitName="千克">470千克</st1:chmetcnv>,含<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="11" UnitName="公斤">11公斤</st1:chmetcnv>放射性二氧化钚的小型核反应堆可长期提供电力。“新视野”号是有史以来最快的人造飞行器,将以每秒<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="16" UnitName="公里">16公里</st1:chmetcnv>的惊人速度离开地球。它将为冥王星带去两件特别礼物,一件是美国国旗,另一件是一张记录了50万网友姓名的CD,他们都曾在“飞向冥王星”网站上签名。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">冥王星是九大行星中离太阳最远的一颗,其轨道平均半径约60亿公里,是地球轨道半径的38倍;也是最小的一颗,直径为<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2300" UnitName="千米">2300千米</st1:chmetcnv>,仅为地球质量的0.24%。更有争议的是,它的主要成分为岩石和冰块,不论结构还是体积都与小行星相似,有人认为它其实是较大的小行星。它沿异常的大椭圆轨道绕太阳公转,周期相当于上百个地球年,曾于1999年运行至近日点,目前正逐渐远离太阳。伊伯带位于冥王星轨道以外,是太阳系里最遥远、最黑暗、最寒冷的特殊区域,保留着太阳系诞生时遗留下来的大量星际物质,包括地球在内的太阳系各类天体都是由这些恒星残留物质形成的。伊伯带分布着众多慧星和小行星,仅直径在<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="100" UnitName="公里">100公里</st1:chmetcnv>以上的小天体就超过10万个。冥王星、它的卫星以及伊伯带存在许多待解谜团,“新视野”号的发现将彻底改写所有教科书。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-pagination: widow-orphan; mso-char-indent-count: 2.0" align=left> <FONT face="Times New Roman">2006</FONT>年,美国还将实施另一个开创性的深空探索计划。“曙光”号小行星探测器将于2006年5月启程,计划在飞行大约5年之后抵达目标,以图揭开两颗最大的小行星的神秘面纱。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt">附录2:欧洲的星际飞行和深空探测计划<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt"><o:p> </o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">欧洲的航天科技整体水平仅次于美俄,很早就独立开展深空探测活动,与日本互有长短,但领先于中国。与日本一样,欧洲的首次星际飞行也是用彗星探测器实现的。76年一遇的哈雷彗星回归,吸引欧洲加入了1986年探测哈雷彗星的行列,驱使美苏欧日不约而同地组成了“星际飞行俱乐部”。1985年,欧洲研制的“乔托”号彗星探测器升空,次年它从距彗核<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="600" UnitName="公里">600公里</st1:chmetcnv>处掠过哈雷彗星并成功拍摄,为彗核做了第一个三维图像,发现其外形像个长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="16" UnitName="公里">16公里</st1:chmetcnv>粗<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="8" UnitName="公里">8公里</st1:chmetcnv>的大土豆,测出慧核自转周期约为2天。1992年,它还在距彗核<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="0" UnitName="公里">200公里</st1:chmetcnv>处掠过格里格-斯克杰利厄普慧星,但因相机被损而未能拍摄。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="6" Month="10" Year="1990">1990年10月6日</st1:chsdate>,欧洲研制的太阳极轨道探测器“尤里西斯”(Ulysses)号搭乘美国航天飞机升空。在自身发动机的推动下,总重<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="385" UnitName="公斤">385公斤</st1:chmetcnv>的“尤里西斯”号探测器从航天飞机上再次启程,背向太阳离开地球轨道,朝木星飞去。1992年2月,它飞越木星并对其进行探测,然后借助木星的强大引力改变飞行轨道,弹入与地球公转轨道垂直的太阳极轨道。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="25" Month="5" Year="1994">1994年5月25日</st1:chsdate>,它到达太阳南纬70度位置,然后飞越太阳南极上方,于1994年9月回到南纬70度。1994年7月,“尤里西斯”号经过太阳南极的正上方,首次近距离考察了太阳磁极。1995年2月初,它在距太阳2.<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="1" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="200000000" UnitName="公里">2亿公里</st1:chmetcnv>处,从南向北穿过太阳赤道面。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="26" Month="5" Year="1995">1995年5月26日</st1:chsdate>,它又飞抵太阳北纬70度位置,在太阳北极区考察了4个月,在7月飞过太阳北极正上方,9月再飞回北纬70度。它沿着这条罕见的轨道飞行30亿公里,用5年时间完成了人类首次对太阳南北极的三维立体式探测。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">欧洲至今最成功的星际探测活动是与美国合作开展的,即2005年初登陆于土星的第六号卫星“泰坦”上。欧洲首颗土星卫星着陆器“惠更斯”号重<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="319" UnitName="公斤">319公斤</st1:chmetcnv>,直径约<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2.7" UnitName="米">2.7米</st1:chmetcnv>,于<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="15" Month="10" Year="1997">1997年10月15日</st1:chsdate>搭载在美国土星探测器“卡西尼”号上一起升空。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="24" Month="12" Year="2004">2004年12月24日</st1:chsdate>,当“卡西尼”号以<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="1200" UnitName="公里">1200公里</st1:chmetcnv>的距离再次掠过“泰坦”(土卫六)表面时,“惠更斯”号着陆器与“卡西尼”号轨道器分离。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="14" Month="1" Year="2005">2005年1月14日</st1:chsdate>,“惠更斯”号进入泰坦的稀薄大气层,下降到距其表面<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="170" UnitName="千米">170千米</st1:chmetcnv>的高度时,打开降落伞减速,以每秒<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="1" NumberType="3" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="米">两米</st1:chmetcnv>的末端速度软着陆成功,创造了人造飞行器登陆最远天体的纪录。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">与日本相比,欧洲在火星探测方面起步稍晚,但起点更高。无独有偶,欧洲独立实施的火星探测计划也遭厄运,但比日本的半途而废稍好一些。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="2" Month="6" Year="2003">2003年6月2日</st1:chsdate>,重达1.18吨的欧洲首颗火星探测器“火星快车”(Mars Express)搭载价格低廉的俄罗斯“联盟-FG”火箭进入地球轨道,然后靠轨道器自身的发动机飞出地球引力场。英国牵头设计制造的“猎兔犬2号”(Beagle 2)小型着陆器是此次行动的亮点,这个直径<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="65" UnitName="厘米">65厘米</st1:chmetcnv>的圆碟型实验舱仅重<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="33" UnitName="公斤">33公斤</st1:chmetcnv>,却集中了各国研制的7台高级科学仪器,比如高分辨率摄像头、显微镜和一系列光谱仪。还有香港科学家研制的“岩芯取样器”,是仅重<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="370" UnitName="克">370克</st1:chmetcnv>的多功能机械臂,可钻探<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="1" UnitName="米">1米</st1:chmetcnv>厚的岩层,在岩石上研磨出断面。此外还安装了能透视火星表面以下数千米深的雷达,以搜寻火星冻土层下的水和冰。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="19" Month="12" Year="2003">2003年12月19日</st1:chsdate>探测器靠近火星,“猎兔犬2号”着陆器脱离“火星快车”轨道器,独自向火星进发。“猎兔犬2号”先在十分稀薄的火星高层大气中自由滑行5天,靠气动磨擦阻力逐渐减速并下降,到安全高度时才打开降落伞进一步减速。在距离火星表面<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="1" UnitName="千米">1千米</st1:chmetcnv>处,3个突然膨大的气囊将罩住整个着陆器,以免着陆反弹时损坏设备。包裹触地后会猛烈弹跳滚动若干次,最终稳稳停在火星表面。3个气囊分离后进一步胀满,再朝各自方向滚开,被包着的着陆器便会落到地面。此后,“猎兔犬2号”将在着陆点独自工作半年,收集和研究火星矿物样本。但是,就在它按计划于<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="25" Month="12" Year="2003">2003年12月25日</st1:chsdate>向火星软着陆时,地面控制中心与其失去联系。可能是着陆时存在强风,使火星大气变得更加稀薄,导致着陆器下降速度过快,不幸撞击在有坡度的坑里,损坏了通信系统而无法联系。不过,“火星快车”轨道器一直在正常工作。2003年12月25日轨道器启动发动机,脱离了可能与火星相撞的危险轨道,开始环绕火星运行。大约在2004 年1月初,“火星快车”轨道器进入椭圆形工作轨道,开始为期近两年的详细观测。2005年9月,该项目负责人宣布,为了更广泛更详细地研究火星地貌和气候,将把“火星快车”在轨运行时间延长至少一倍,直到2007年底。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">继美苏日三国之后,欧洲在<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="28" Month="9" Year="2003">2003年9月28日</st1:chsdate>发射了月球探测器“小型先进技术研究计划<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="True" HasSpace="False" SourceValue="1" UnitName="”">-1”</st1:chmetcnv>(SMART-1)号。经过一年多的飞行之后,这颗小型探测器于<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="15" Month="11" Year="2004">2004年11月15日</st1:chsdate>抵达月球极地轨道,开始为期6个月的绕月飞行观测。它首次验证了依靠太阳能电离氙气推进系统和天体引力作长期飞行的可行性,为2012年的欧洲水星探测计划作铺垫。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">继美国和日本之后,欧洲也开展了登陆天体计划,于<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="2" Month="3" Year="2004">2004年3月2日</st1:chsdate>成功发射了“罗赛塔”(Rosetta)号探测器。它将在太空奔波长达十年行程50亿公里,经过两次地球借力和一次火星借力飞行,于2014年1月与离地球非常遥远的“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星会合,然后围绕其彗核运行。2014年11月,其携带的“菲莱”号着陆舱将与轨道器分离,在彗核上软着陆并拍摄周围环境,钻探彗核以研究彗核表面及不同深度处的物质,然后将数据通过轨道器发回地面,但不会把样本送回地球。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="9" Month="11" Year="2005">2005年11月9日</st1:chsdate>,重达1.27吨的欧洲首颗金星探测器“金星快车”号,搭乘俄罗斯“联盟”火箭进入地球轨道,然后启动上面级发动机转入星际轨道。“金星快车”将于2006年4月飞抵金星,减速后切入环绕金星的椭圆极轨道,在<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="250" UnitName="公里">250公里</st1:chmetcnv>至<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="66600" UnitName="公里">66600公里</st1:chmetcnv>之间的高度上,对金星进行为期486天的探测。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">按计划,2014~2016年间,美俄欧三方将联合实施人类首次载人登陆火星计划,携带着火星岩石样本返回地球。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt">附录3:日本卫星发射技术50年发展概况<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt"><o:p> </o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt">    由于日本是第二次世界大战的战败国,其空间技术的发展始于民间科研活动。经过50年的不断努力,日本逐步进入世界航天大国的行列。其航天科技和工业的继续发展,越来越体现军民两用的政府意图。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="12" Month="4" Year="1955">1955年4月12日</st1:chsdate>,东京大学试射了日本第一枚探空火箭。因其重量只有几百克,长约23厘米,直径2厘米,它被称为“铅笔火箭”,却打开了日本迈向航天大国之门。1958年,东京大学研制成功3K-6两级固体火箭<U><INPUT></U>,其飞行高度达到40公里。1960年7月该校又将火箭飞行高度提升到180公里。1964年,东京大学成立了宇宙与航空科学研究所(ISAS - The Institute of Space and Astronautic Science),尝试发射日本第一颗卫星。1966年至1969年期间,ISAS经历了4次失败,促使日本在<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="1" Month="10" Year="1969">1969年10月1日</st1:chsdate>又组建了宇宙开发事业团(NASDA)。1981年,ISAS改称为宇宙科学研究所。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="1" Month="10" Year="2003">2003年10月1日</st1:chsdate>,为解决机构分散导致的效率低下和事故频发,日本将ISAS、NASDA和航空宇宙技术研究所(NAL)合三为一,成立了日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">1964年5月,ISAS开始研制L4S四级固体火箭,逐渐开发出世界一流的固体火箭技术。L4S试验火箭长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="16.5" UnitName="米">16.5米</st1:chmetcnv>,最大直径约<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="1.4" UnitName="米">1.4米</st1:chmetcnv>。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="11" Month="2" Year="1970">1970年2月11日</st1:chsdate>,ISAS用L4S5火箭发射了大隅(Ohsumi)号技术试验卫星,使日本成为继美国、苏联和法国之后世界上第四个独立将卫星送入地球轨道的国家,比中国的首次成功发射抢先了72天。以此为基础,ISAS又发展出M4S四级固体火箭,全长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="23.6" UnitName="米">23.6米</st1:chmetcnv>,直径<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="1.41" UnitName="米">1.41米</st1:chmetcnv>,总重43.5吨,可将<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="75" UnitName="千克">75千克</st1:chmetcnv>的有效载荷送入近地轨道,其运载能力是L4S的3倍。此后,M4S火箭改进为M3三级固体火箭,有多个型号,其中M3S火箭的运载能力为185千克。1988年,日本开始研制M5三级固体火箭,全长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="30.7" UnitName="米">30.7米</st1:chmetcnv>,直径2. <st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="5" UnitName="米">5米</st1:chmetcnv>,重约130吨,是世界上最大的全固体运载火箭。它用推力矢量控制系统实现喷管全轴摆动,第三级发动机采用与美国MX洲际导弹水平相当的“延伸喷管”技术,可将2吨有效载荷送入<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="250" UnitName="公里">250公里</st1:chmetcnv>高的轨道,或使<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="400" UnitName="千克">400千克</st1:chmetcnv>载荷脱离地球引力场,相当于把2.5~3吨弹头投送到1万公里远处,达到了世界一流水平。而中国近几年才有民用型全固体多级运载火箭,以固体导弹技术为基础,开发出中国第一型四级固体火箭“开拓者一号”,用于快速发射100千克以下的小卫星,<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="16" Month="9" Year="2003">2003年9月16日</st1:chsdate>首次试射,目前尚未投入使用。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">M系列固体火箭主要用于发射空间技术试验和天文探测卫星。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="24" Month="1" Year="1990">1990年1月24日</st1:chsdate>,日本用M3S2火箭发射了重约182千克的月球探测器“缪斯A”(MUSES-A),进入太空后更名为“飞天”(Hiten),率先打破了美苏30多年的垄断,成为世界上第三个拥有月球探测器的国家。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="12" Month="2" Year="1997">1997年2月12日</st1:chsdate>,M5火箭首次发射,将日本研制的世界上最大的空间射电望远镜“遥远”号送入太空,原名“缪斯B”(MUSES-B),其解析度相当于从东京分辨出远在悉尼的一颗米粒。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="3" Month="7" Year="1998">1998年7月3日</st1:chsdate>,M5火箭成功发射了重约540千克的“希望”号火星探测器,原名“行星B”(Planet-B),使日本成为继美苏之后世界上第三个能研制并发射行星探测器的国家。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="10" Month="2" Year="2000">2000年2月10日</st1:chsdate>,M5火箭发射日本的X射线天文卫星Astro-E遭遇失败。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="9" Month="5" Year="2003">2003年5月9日</st1:chsdate>,改进后的M5火箭发射了重510千克的“隼鸟”号小行星探测器,原名“缪斯C”(MUSES-C)。“隼鸟”号曾于<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="26" Month="11" Year="2005">2005年11月26日</st1:chsdate>在远离地球3亿公里的“丝川”小行星表面着陆,因技术难度高而出现不少故障,若真能在2010年成功回到地面,此创举将使人类首次直接获得遥远天体上的岩土样本。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"><st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="31" Month="7" Year="1969">1969年<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="31" Month="7" Year="2006">7月31日</st1:chsdate></st1:chsdate>,日本与美国签订一项空间合作协议,引进“雷神-德尔它”火箭技术。1970年,以此为基础,刚成立不久的NASDA开始研制N1三级液体燃料火箭。它总长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="32.6" UnitName="米">32.6米</st1:chmetcnv>,最大直径<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2.55" UnitName="米">2.55米</st1:chmetcnv>,起飞重量91吨,起飞推力155吨,近地轨道运载能力1.2吨,地球同步转移轨道运载能力260千克。自1975年9月9日首飞成功,N1火箭共发射7次,除了第6次失败,其余均获成功。1977年2月23日,N1火箭发射了一颗同步轨道技术试验卫星,从而使日本成为世界上第三个掌握地球同步轨道卫星发射技术的国家。N2火箭是N1的改进型,1976年开始研制,1981年2月11日首飞,共发射8次,全部成功。N2火箭总长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="35.4" UnitName="米">35.4米</st1:chmetcnv>,起飞重量136吨,近地轨道运载能力2吨,地球同步转移轨道运载能力680~715千克。H1三级火箭是N2的升级版,于1981年开始研制,全长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="40.3" UnitName="米">40.3米</st1:chmetcnv>,直径<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2.4" UnitName="米">2.4米</st1:chmetcnv>,总重140吨,可将1.1吨有效载荷送入地球同步转移轨道。1986年8月13日,H1火箭首次发射,成功地将3颗卫星送入1500公里高的圆轨道,标志着日本掌握了多星发射技术。1992年2月11日,H1火箭进行最后一次发射,至此9次发射也全都成功。由于美国转让了许多成熟技术,日本液体燃料运载火箭的最初发射记录比较顺利。然而,美国授权附带约束性条款,使日本无法进入商业卫星发射的国际市场。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">因此,从1985年4月开始,日本自主开发以液氢液氧为燃料的H2大型两级火箭,全长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="50" UnitName="米">50米</st1:chmetcnv>,芯级直径<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="4" UnitName="米">4米</st1:chmetcnv>,总重260吨,近地轨道运载能力约9吨,地球同步转移轨道运载能力约2吨。H2火箭于<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="4" Month="2" Year="1994">1994年2月4日</st1:chsdate>携带两颗卫星首飞成功,包括日本自制的第一个再入大气层试验舱OREX。它的直径约<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="3.4" UnitName="米">3.4米</st1:chmetcnv>,在<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="450" UnitName="公里">450公里</st1:chmetcnv>高的轨道绕地球一圈,升空2小时后按预定计划在太平洋中部的圣诞岛附近海域溅落回收,使日本成为继美苏中之后世界上第四个掌握卫星回收技术的国家。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="28" Month="8" Year="1994">1994年8月28日</st1:chsdate>,H2火箭将“工程试验卫星<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="True" HasSpace="False" SourceValue="6" UnitName="”">-6”</st1:chmetcnv>(ETS-6)送入地球同步转移轨道,但是卫星因远地点发动机故障而未能进入地球静止轨道。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="18" Month="3" Year="1995">1995年3月18日</st1:chsdate>,将地球静止轨道气象卫星GMS-5和低轨道自由飞行平台SFU分别送入预定轨道。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="17" Month="8" Year="1996">1996年8月17日</st1:chsdate>,将“先进地球观测卫星<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="True" HasSpace="False" SourceValue="1" UnitName="”">-1”</st1:chmetcnv>(ADEOS-1)送入预定轨道。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="28" Month="11" Year="1997"><STRONG>1997</STRONG><STRONG>年11月28日</STRONG></st1:chsdate><STRONG>,</STRONG>将世界第一颗“热带降雨观测卫星”(TRMM)和全自动空间对接试验平台“工程试验卫星<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="True" HasSpace="False" SourceValue="7" UnitName="”">-7”</st1:chmetcnv>(ETS-7)送入预定轨道。尽管前5次发射连续成功,其后的两次H2火箭发射接连失败,分别发生在<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="21" Month="2" Year="1998">1998年2月21日</st1:chsdate>和<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="15" Month="11" Year="1999">1999年11月15日</st1:chsdate>,几乎使H2火箭的预约发射合同都被取消。H2火箭本就因高昂成本而缺乏商业竞争力,日本早在1995年就开始研制成本更低的改进型H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>。此时,日本被迫放弃H2火箭,并推迟H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭的首次试射,集中经费大幅度修改设计方案,原本等待2000年夏季发射的第7号火箭从此滞留在组装车间。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">经过重新设计,H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭长度增加到<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="53" UnitName="米">53米</st1:chmetcnv>,起飞重量增加到285吨,大幅提高了发动机推力,采用了一些便宜的进口零件,零部件数量减少了约20%,发射成本降低一半,基本与欧美火箭价格持平。H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭还采用模块化设计,简化了组件结构,实现通用化和系列化,以提高全系统性能和可靠性。在已经公布的多种助推器组合模式中,最大型号为H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>-212,捆绑2个大型固体助推器和1个液体燃料助推器,其地球同步转移轨道运载能力达到9.5吨。2003年9月,日本还曾宣布,将设计H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭的放大型,长度增至<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="55" UnitName="米">55米</st1:chmetcnv>,而芯级直径从<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="4" UnitName="米">4米</st1:chmetcnv>增至<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="5" UnitName="米">5米</st1:chmetcnv>。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭的一子级用的LE<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="True" HasSpace="False" SourceValue="7" UnitName="a">-7A</st1:chmetcnv>液氢液氧发动机,和二子级用的LE-5B液氢液氧发动机,都具有补燃循环节流能力。此外,LE-5B发动机还采用了高效的再生膨胀循环技术,是目前世界上最先进的上面级火箭发动机之一。欧洲和美国也分别进行了此项技术研究,规划在2005年以后把它应用于阿里安5大推力改进型和德尔它4重型运载火箭。日本LE<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="True" HasSpace="False" SourceValue="7" UnitName="a">-7A</st1:chmetcnv>液氢液氧发动机的推力高达112吨,与尚在研制中的中国最大火箭发动机的推力相当,即2005年11月才成功热试车的120吨级煤油液氧发动机,将用于CZ-5新一代大推力火箭。而中国最大的液氢液氧发动机只有50吨推力,也是刚在2006年1月成功进行热试车。通过吸收美国技术再自主开发,日本H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭的制导装置、芯级发动机、固体助推器和箭体结构,都比中国现有的以及研制中的长征火箭更先进。但是,由于日本在航天工程风险控制方面的自我经验积累还不够多,H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭暴露出一些系统缺陷,有待大量可靠性验证来消除技术隐患,完善其质量控制体系。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭在<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="29" Month="8" Year="2001">2001年8月29日</st1:chsdate>首飞成功后,<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="4" Month="2" Year="2002">2002年2月4日</st1:chsdate>再次试射取得部分成功,同时搭载一颗试验卫星和一个超高速大气层再入系统验证器DASH,但DASH未能与整流罩分离而失控,无法按计划在运行三天半后返回大气层并降落在非洲撒哈拉大沙漠里。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="10" Month="9" Year="2002">2002年9月10日</st1:chsdate>,H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭首次正式发射,成功地将一颗数据中继试验卫星和一个无人空间实验回收系统(USERS)送入预定轨道。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="14" Month="12" Year="2002">2002年12月14日</st1:chsdate>,H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭同时将4颗卫星送入极地轨道。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="28" Month="3" Year="2003">2003年3月28日</st1:chsdate>,H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭又成功发射了日本的第一批间谍卫星,其中一颗是分辨率可达<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="1" UnitName="米">1米</st1:chmetcnv>的拍摄地表形态的普通光学侦察卫星,另一颗是可在恶劣气象条件下绘制地表图像的电子雷达卫星。按计划,H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭应在2003年9月发射第二组间谍卫星,四星配合构成24小时全球监视网。但是,此次发射因故三度推迟,<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="29" Month="11" Year="2003">2003年11月29日</st1:chsdate>终于迎来H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭的第6次发射,却因分离助推器失败而自毁星箭。日本火箭发射再次陷入停顿,直到<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="26" Month="2" Year="2005">2005年2月26日</st1:chsdate>H<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="a">2A</st1:chmetcnv>火箭才重获成功。<o:p></o:p></P>
<P 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">为了提供廉价的发射服务,日本还于1991年7月开始研制J1三级火箭,这是日本的第一种采用垂直发射方式的全固体火箭。它全长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="33.1" UnitName="米">33.1米</st1:chmetcnv>,直径<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="1.81" UnitName="米">1.81米</st1:chmetcnv>,重约90吨,可将1吨有效载荷送入<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="200" UnitName="公里">200公里</st1:chmetcnv>高的近地轨道,或将<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="870" UnitName="千克">870千克</st1:chmetcnv>载荷送入<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="250" UnitName="公里">250公里</st1:chmetcnv>高的轨道,略大于中国新推出的CZ-1D固液混合火箭。<st1:chsdate w:st="on" IsROCDate="False" IsLunarDate="False" Day="12" Month="2" Year="1996">1996年2月12日</st1:chsdate>,两级型的J1火箭首次发射成功,将全重1.07吨、总长<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="4.4" UnitName="米">4.4米</st1:chmetcnv>的高超音速飞行试验机Hyflex送入<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="110" UnitName="公里">110公里</st1:chmetcnv>高的亚轨道。作为日本“HOPE”号航天飞机的模拟器,Hyflex以49度大倾角重返大气层,飞行速度达到14.4马赫,落点距发射场<st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="1300" UnitName="公里">1300公里</st1:chmetcnv>。1999年,日本取消了J1固体火箭计划,开发更廉价的“J1改”小型液体燃料火箭,其第一级将采用俄罗斯的液氧-煤油发动机,第二级以液体甲烷为燃料,目标是将3 吨载荷送入近地轨道。不过,日本似乎已暂停J系列火箭的开发。<o:p></o:p></P>
<P>倭奴志比天高,可惜以上的所谓“壮举”已有结果的都以失败告终,前段时间的到小行星采样已经宣告失败了。</P>