探测行星：你能从这里到达那里吗？

设计、建造、成功发射航天器，然后在其他世界运营航天器，这是一项艰巨的任务。对于行星探测器来说，完成任务尤其困难，因为它们穿过重要的大气层，在到达表面的途中收集数据，而且由于与这些目的地相关的极端环境的挑战，一旦着陆，通常只能存活相对较短的时间。行星探测任务是在金星这样的表面进行的，那里的表面温度为900°F，压力是地球的90倍，而且大部分二氧化碳大气中含有重要的硫酸成分。其他人则试图到达土星（只有土星卫星泰坦是探测器的目标）或木星等巨大的气体球。伽利略探测器成功地进入了木星的气态外层，其压力是地球的22倍。与进入大气层和着陆不同，苏切尼尝试更像是闯入地球本身的物质，躲避途中的雷击。

美国国家航空航天局失去了一些早期的探测任务，如水手1号，这是他们的第一次金星探测任务，国际社会的记录甚至比美国还要差。这些任务需要多年的开发和昂贵的专业先进技术，如压力室和热保护系统，更不用说专业化的探测了。已经取得了一些显著的成功，如先锋金星多探测器任务、伽利略探测器和最近的欧洲惠更斯探测泰坦，这是土星-卡西尼号任务的一部分。然而，这些排放要么在不久前就非常昂贵，要么两者兼而有之。下一代任务面临的挑战是利用新的技术发展，但没有人愿意将未经验证的技术投入可能涉及近10亿美元的任务中。然而，我们需要考虑手头的一些任务。你从这里怎么到那里

考虑热保护系统或TPS。航天器以40000至50000英里/小时的速度到达木星和土星等外行星，到达目标时携带着大量能量，如果他们试图进入目标大气层，这些能量必须被释放。换句话说，他们必须放慢速度。在相对真空的太空中，高速不会带来任何问题，但一旦航天器遇到含有大量气体分子的大气层，就会很快升温。探测器走得越快，温度就越高。伽利略号探测器，公认是有史以来最难进入大气层的探测器，在接近木星大气层时，其温度是太阳表面温度的两倍，减速力高达230克（地球表面重力加速度的230倍）。使用“隔热罩”可以在这种极端条件下幸存下来，该隔热罩经过精心设计、精心测试，并由碳酚醛复合材料等超专业材料保护。这种材料必须足够厚，以便在减速过程中有很大一部分可以燃烧掉，并留下足够的空间来保护敏感的航天器。这有点像用木炭块包裹航天器——外层会燃烧掉，但会留下一层隔热层，继续吸收热量。当然，一个探针在TPS中的重量越大，它在科学仪器中的重量就越小。

在1989年伽利略任务发射后的几年里，一些新材料被开发出来，它们在隔热和减轻重量方面都做得更好。然而，让任何新技术“飞行合格”都是一个挑战。硅谷NASAAmes研究中心发明的一种材料被称为PICA（Phenolicimprinted Carbon Ablator）。这种巧妙的东西非常轻，相对容易制造，甚至更容易定制，以适应隔热板所需的特定形状，这代表着太空探测技术的重大进步。星尘任务使用PICA作为隔热罩，这是这种材料的首次飞行。它于1999年2月7日在美国国家航空航天局的“更快、更好、更便宜”（FBC）任务中发射。由于极端的成本削减（火星极地着陆器和火星气候轨道飞行器），FBC方法导致了一些惊人的失败，美国国家航空航天局从此放弃了这一理念。尽管如此，FBC至少有一个有趣的积极结果。哲学包括承诺允许一定程度的风险，基于这样一种理念，即如果任务规模更小、成本更低，那么风险就可以承担得起，因为损失的灾难性更小，尝试新事物可能会有所收获。2006年1月15日，星尘任务将彗星样本返回地球，这一惊人的成功证明了PICA的表现非常出色。

向行星及其卫星发射探测器既困难又昂贵。它们的技术要求千差万别，以至于国际问题社区现在每年都会聚集一次，分享关于新技术的想法，并就哪些目标对伟大科学最有希望进行比较。最近的一次会议是2007年6月下旬在法国波尔多举行的第五届国际行星探测器讲习班。讨论的技术包括可以漂浮在恶劣表面上的飞艇型飞行器（实际上是“气球”，一种气球/降落伞的组合），以及使用微流体和纳米技术的更好的TPS系统和先进的超轻仪器。与以往一样，这些新技术的问题在于飞行资格。对于一个昂贵的探测任务，你不能飞行一些东西，除非它已经飞行过。这有点像银行贷款。除非你能证明你不需要，否则银行不会给你钱。

未来探测器的探测目标包括金星和水星，这可能有助于我们了解太阳系是如何进化的，以及为什么这些行星现在如此不适合居住，还有土星和木星的一些卫星，比如木卫二，它的液态海洋在一层冰盖下，它有可能孕育某种形式的生物。许多人认为木卫二具有所有的基本要求：液态水、能源和营养物质。然而，找到答案的唯一方法是选择合适的航天器和合适的仪器。交易场外的决定都不容易。没有足够的钱来做每个人都想做的事情，即使有钱，这些地方也是艰难的目的地。事实上，这是火箭科学。