载人深空探测技术导论
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序言

在巨大的宇宙摇篮中,人类显得渺小而又伟大。与万物之源宇宙的深邃无垠相比,人类文明尚处在萌芽阶段,人类智慧还在竭力思考宇宙、太阳系与生命的起源到底是什么?若有朝一日,太阳变得过于炙热,地球不再宜居之时,人类又将何以栖身?自从认识到自我和世界之后,人类便开始了探索宇宙的漫漫征途,努力拓展着自身的认知边缘,并思考着人类及地球的命运和太阳系及宇宙的关联。正如1969年7月20日,美国航天员阿姆斯特朗成功登上月球后说的那句话:“这是我的一小步,更是人类的一大步……”

时至今日,人类深空探测的范围已经覆盖了太阳系的太阳、八大行星、矮行星、彗星及小行星等地外天体,美国旅行者一号和二号探测器也相继飞出太阳系的日冕边界层,飞向更遥远的星际空间,而人类在近地轨道空间站上飞行的最长时间也达到了438天。60多年的世界深空探测史,不仅深化了人类对宇宙、太阳系以及生命的起源和演化等前沿科学问题的认识,推动了空间天文、行星科学、航天医学、宇宙生物学等基础学科的飞跃发展,也带动了以运载火箭、深空探测器、载人航天器、应用卫星、通信与测控、地面发射等航天工程技术的快速进步,培养了一代又一代心系宇宙的青年科学家、航天工程师和大国工匠,为人类文明发展史书写了耀眼的篇章。

从当年的阿波罗载人登月工程情况来看,在正式实施首次载人登月任务之前,不仅先后发射了“徘徊者”“勘探者”系列无人月球探测器,拍摄了大量月球的地形地貌高分辨率图像,为载人登月点最终选址提供充足数据;还利用无人月球探测器验证了奔月变轨、月球捕获、月面软着陆、月面起飞、月-地高速再入返回等关键工程技术。即便在阿波罗载人登月工程结束之后,美国也先后发射了“克莱门汀号”“月球勘探者”“月球勘探轨道器”“月球坑观测与遥感卫星”“月球重力双星”“月球大气与环境探测器”等系列无人月球探测器,继续开展月球的内部结构、重力场、南极阴影坑的水冰及挥发物等科学问题的研究,为美国实施重返月球的Artemis计划选择最具科学价值的登陆区域。在Artemis计划中还将发射商业月球着陆器和系列立方星,这些无人月球先导任务是美国计划在2024年,实现人登陆在月球南极并长期生存战略目标的重要保证。

回顾我国的月球探测工程,在论证之初便明确了“探、登、驻”的大三步走和“绕、落、回”的小三步走战略目标。时至今日,我们的探月工程以较低的成本和极高的成功率,顺利实现了五战五捷,以嫦娥四号为代表的月背探测任务取得了一系列原创性科学成果。目前正在抓紧实施月球采样返回的嫦娥五号工程和火星探测工程。这些无人探测任务的成果不仅为推动我国实施载人探测任务奠定了重要的工程技术基础,更为开展中国航天的国际合作铺平了道路。推动实施中国的载人深空探测工程将是发展航天强国的重要标志之一,在未来的世界航天发展史上我们也将贡献更多的“中国智慧”。这不仅是航天人的历史使命,也是我们实现中华民族复兴的重要标志。

本书《载人深空探测技术导论》的作者们,都来自中国航天工程技术研究一线,他们首次从顶层任务分析和系统设计的角度,对未来的载人登月、月球基地、载人登陆火星等载人深空探测技术进行了重点论述。书中提出的人机联合探测技术、原位资源利用技术、先进的空间推进技术等,都是未来有可能产生颠覆性变革的航天前沿技术领域。虽然当前这些技术的成熟度不高、技术方案的不确定性大,但是作为先期研究的成果,可为后续我国明确重大航天工程的技术途径奠定基础。我很赞赏他们的开创性前瞻性工作。

此外,当我听说本书也将用于中国空间技术研究院神舟学院的研究生教材后,我很赞赏本书的作者们为中国航天持续发展培养后继人才,带动更多的年轻人主动思考、大胆创新。只有一代又一代的中国航天人勇于探索和实践,中国人登上月球的航天梦才能早日实现。我愿意与他们同学习、共进步!

中国工程院院士

中国探月工程总设计师

2019年2月