深太空行星探測技術難易度分成四個等級,由簡單到困難分別為飛越(flyby)環繞軌道(orbiter)著陸(lander)樣本返回(sample return)近二十年來地球上的深太空任務表現最搶眼的是美國和歐洲,美國從冷戰時代開始到現在都是遙遙領先,而蘇聯在瓦解後只有在90年代末與2011年各進行一次火星任務而且都以失敗收場,衛星探查機皆故障於低地球軌道上。亞洲的日本深太空探測起步並不比歐洲ESA晚但是成功率卻輸給ESA,探測天體的種類範圍也沒比ESA多(ESA已成功完成火星與金星任務,日本火星任務已失敗只完成flyby任務、2010年的金星任務沒進入周回軌道2015年才成功),但日本JAXA在使用離子電漿火箭的隼鳥號小行星探測器採樣回歸地球與太陽帆成功展開並且進行加減速與姿態調整上的試驗則是領先全球(屬於行星間的飛行)。至於支那只進行過距離38萬公里遠的月球探測而已,嫦娥二號雖然有從Lagrange點"飛越(flyby)"小行星Toutatis並拍下照片的實績,但是"飛越(flyby)"是屬於最簡易的探測任務,只有短時間快速地在遠處飛掠而過。一般天體探測都是進入周回軌道成為沿著軌道運行的衛星(orbiter),來進行長時間近距離的觀測任務;探查機接近數千萬公里遠的目標天體後,推進裝置需要考量天體引力進行適時地逆噴射,這種深太空任務對通訊系統有嚴格的技術要求,通常只有一次機會可以做得完備。而難度最高天體探測是著陸收集樣本並返回地球(sample return)。還有小行星Toutatis在2012年12月距離地球只有690萬公里遠跟其他太空強權至少4000萬公里的距離(地球最近的行星是金星)比起來實在很近(最遠的是米國航海家1號  目前距離地球180億公里 要離開太陽系)。此外美國NASA與歐洲ESA也老早就發射過探查機同時進行小行星與彗星的探測任務。其他方面美國也完成水星木星土星冥王星等探測任務,進行的火星任務次數最多技術層次也最高(除了2012年夏天的好奇號火星探測車外 90年代以來也發射過不少lander與rover 周回衛星),歐日則是2018年攜手前往水星 。還有就是前往較遠的行星、彗星與小行星,美日歐探查機也都有進行引力協拋( Gravity assist )來提高太空船速度與變動軌道。

 

下圖沒依照軌道距離與行星大小來繪製。例如地球與它的衛星月亮的距離約38萬公里,地球公轉軌道與金星公轉軌道的距離約4000萬公里,還有行星大小也不對。

太陽系  

 

  
 

Moon(月球)距離地球38萬公里
日本在1990年發射過MUSES-A月球探測器(orbiter),時隔17年JAXA發射第二枚月球探測器輝夜號,除了母衛星外還攜帶二顆子衛星。

Muses-A是一顆驗證變動軌道的工學實驗衛星 攜帶的觀測儀器並不多  




 Venus(金星)公轉軌道距離地球公轉軌道約4000萬公里  
JAXA在2010年使用H2A-202火箭發射過Planet-C與IKAROS太陽帆(人類第一面太陽帆)到金星,Planet-C在2010年12月因為推進裝置內的氦加壓槽與燃料槽之間的檢查閥堵塞限制了燃料流進主引擎,過多的氧化劑導致燃燒溫度過高而毀壞了噴嘴與燃燒室喉部。使得逆噴射減速的時間過短而沒被金星引力拉進周回軌道,但Planet-C仍然
在正常運作控制下,2015年12月探查機使用四具姿態調整火箭點火20分鐘進行逆噴射後終於成功進入繞行金星的周回軌道。

 

AKATSUKI.jpg  

 

2014年1月Planet-C金星探查機與地球相距2億公里遠。  

地球、金星、太陽與探測器相對位置  

 

 米國進行太陽帆的腳步並不比日本晚,但是在日本IKAROS發射前的一次太陽帆發射因火箭發射失敗而報銷,IKAROS發射成功後米國又進行一次太陽帆發射,雖然有展開太陽帆的實驗但只是在LEO上繞行並不像IKAROS的任務前往金星軌道並且進行太陽帆的加速與姿態調整實驗。IKAROS在2010年除了進行太陽帆的各項實驗外其探測器也偵測到Gamma射線爆並且成功發射2顆錄影用的迷你衛星,2010年12月飛過金星完成任務進入後期運用。在2013年6月從冬眠沉睡中被喚醒的IKAROS,仍然持續在太陽光壓下加速,目前光壓加速總量已達到每秒400公尺且飛行了2億7千萬公里。



 
Mars(火星)公轉軌道距離地球公轉軌道約7000萬公里  
 
 日本在1998年使用M5火箭發射Planet-B,因推進器失靈多花了四年才抵達火星,加上行程途中遭遇到激烈太陽閃焰使其部分電子設備被破壞而無望地航行過火星沒進入周回軌道,只在飛過(flyby)時拍下照片並短暫使用儀器偵測火星。Planet-B目前已失去控制在宇宙漫無目的飛行。





JAXA在2003年使用M5火箭發射隼鳥號是第一個登陸小行星並採集小行星塵土返回地球的探查機。
7年的任務中使用離子電漿火箭總共飛行了60億公里,把3億公里遠的糸川小行星塵土樣本帶回到地球。


 
 Toutatis asteroid 距離地球只有700萬公里
支那的嫦娥二號只"飛過(flyby)"距地球700萬公里的小行星拍下照片罷了跟失敗探查機所進行任務並無不同。
   


日本在1985年曾發射2架探查機 進行"飛越(flyby)"哈雷彗星任務。

Sakigake  

 

 

註:A space probe is a unmanned spacecraft that leaves Earth orbit and explores space. It may approach the Moon; enter interplanetary space; fly by, orbit or land on other planetary bodies; or approach interstellar space. Space probes are a form of robotic spacecraft.

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