人类探测器的历史

人类探测器的历史
作者：豌豆皮
来源：《科学Fans》2019年第02期
最早的启程，拜访月亮
人类的空间时代，毋庸置疑是从1957年10月4日开始的。

“斯普特尼克1号”卫星在这一天发射升空，向地面发回单调的声音信号，随即拉开了以美苏争霸为基调的太空竞赛的序幕。

第一个成功的空间探测器也是苏联发射的，1959年9月14日，“月球2号”探测器准确地撞上月面，成为第一个抵达月球的人造物体;三周后，“月球3号”飞掠过月球，发回第一张月背的照片，人类得以目睹月球背面的真容。

远征太阳系
在探索月球的同时，飞往太阳和其他行星的探测器也——踏上征途。

奔月轨道实际上是一个相当扁的围绕地球的轨道，只是远地点的距离超过月球;而去往其他行星则需要达到宙速度，不再绕着地球运行。

在前往行星际目标的空间探索上，美国取得领先：“先锋5号”“水手2号”和“水手4号”分别成为第一个成功飞往太阳、金星和火星的探测器。

在载人前往另一个天体之前，一些动物为宇航员打过前站，包括猴子、狗、乌龟和一些昆虫。

美国的阿波罗8号率先完成载人的奔月行动，飞船环绕月球飞行，随后返回地球。

接下来是阿波罗11号史无前例的登月壮举，从它开始，共有6个登月舱、12名宇航员踏上了月球表面。

阿波罗系列行动至今仍是载人空间探测的最高峰，在它之后，人们的注意力转向其他星球。

两艘“海盗号”在火星取得巨大成功，“水手 10号”拍下了水星表面的大部分地图。

“先锋1号”成为第一个穿越小行星带的探测器，它在拜访木星后向太阳系外飞去，是第一个达到太阳系逃逸速度的人造物体。

1979年，由于行星排列恰好来到极其有利的位置，两艘“旅行者号”开始了利用行星引力加速的“大巡游”，它们拜访了太阳系外侧的几颗巨大行星，发回史无前例的照片。

“旅行者1号”至今仍能与地球保持联系，它已经离开太阳风的范围，进入恒星际气体，成为距离地球最远的人造物体，正向遥远的奥尔特云飞去。

第二宇宙速度
航天器最小發射速度是第一宇宙速度，指物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，按照力学理论可以计算出v₁=7.9 km/s。

当航天器超过第一宇宙速度v₁达到一定值时，它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星，这个速度就叫作第二宇宙速度，亦称脱离速度。

按照力学理论可以计算出第二宇宙速度v2=11.2km/s。

太阳系逃逸速度
就是第三宇宙速度，指的是从地球表面发射航天器，飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度，按照力学理论可以计算出v₃=16.7km/s。

需要注意的是，这是选择航天器入轨速度与地球公转速度切线方向一致时计算出的v₃值。

如果方向不一致，所需速度就要大于16.7 km/s了。

可以说，如今火箭可以突破该宇宙速度。

那些被近距离窥探的天体
从20世纪末起，更多的国家加入了空间探索的行列。

同时，更多的天体成为探测目标。

新的推进方式和飞行路线也得到了尝试。

“信使号”描绘出了水星表面的全部地图;“麦哲伦号”用雷达测绘出金星的表面地形;“伽利略号”仔细研究了木星系统;“卡西尼-惠更斯号”探访土星家族，并窥探了土卫六浓密大气下的真面目;“新地平线号”成为发射时速度最快的探测器，首次近距离飞过冥王星，为这颗此前一直只是个模糊光点的矮行星拍下清晰照片。

“乔托号”冲进哈雷彗星的彗发，拍下了它的彗核;“星尘号”采集了彗发和星际尘埃;“隼鸟号”从小行星取样返回;“起源号”采集了太阳风中的粒子，而我国的“嫦娥”系列也开始了对月球的探索……如今，还有多个空间探测器活跃在太阳系的各个角落，其中大部分在火星：加上2018年11月26日刚刚抵达火星的“洞察号”，在火星周围和表面一共有9个探测器还在工作。

“破晓号”正在研究金星大气，“朱诺号”在极地轨道上观察木星，“黎明号”才刚刚从对灶神星和谷神星的任务中退休。

新一轮空间探测的热潮正在掀起，还有更多前往太阳系其他天体的飞行器蓄势待发，将为我们带回更多的消息。

立足地球，仰望太空
除了飞往其他天体的探测器之外，还有另一类特殊的空间探测器，那就是空间天文台和各类天文卫星。

在大气层外，空间天文台能够在会被大气吸收和遮挡的紫外、红外波段工作，也能在光学波段获得更为精美的图像。

哈勃空间望远镜从1990年升空到现在，已经工作了28年，帮助天文学的各个领域做出突破性的发现。

它的继任者是詹姆斯·韦伯空间望远镜，将会围绕日地第二拉格朗日点飞行，在红外和光学波段继续拓展前辈的观测成就。