第13和14次發現任務的選擇

2014年2月，隨著美國宇航局下一次發現任務招標公告(AO)的起草，第13和14次發現計劃遴選工作開始啟動。獲選的任務提案將獲得4.5億美元的項目開發和建設經費，如果任務能採用某些技術，還將獲得另外的撥款。美國航太局共收到了28份第13和14次發現任務提案，其中16份主要為圍繞太陽系小天體的任務。2017年1月，飛越多顆木星特洛伊小行星的「露西號」任務和飛往金屬小行星靈神星的「靈神星軌道器」任務被宣布為本屆評選的獲勝者，將分別於2021年10月和2023年10月發射。

「露西號」和「靈神星號」只是2015年9月美國宇航局所公布入圍名單的一部分，在該名單中還包括有金星大氣層探測器達文西號、麥哲倫號風格的真相號金星軌道器和專注於探測潛在危險近地天體的空間望遠鏡-近地天體照相機。這是自1999年第7和第8次發現任務評選以來，首次選出了5項，而非傳統的3項入圍提案。每項入圍提案都將獲得300萬美元來制定他們的任務計劃，近地天體照相機概念在評選結束後獲得了美國宇航局額外的一年資助。這也是自2001年第9和10次發現任務評選來，首次在單輪評選中選擇了兩項飛行任務。

## 背景

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在20世紀末和21世紀初，由於美國宇航局預算的削減，發現計劃定期啟動任務的能力受到限制，導致進入21世來紀只發布過兩次發現計劃招標公告。美國宇航局小天體評估小組(SBAG)，在2011年3月發表的《2013年-2022年十年行星科學願景與航程》報告中，向美國宇航局提出建議，呼籲以兩年發射一次的節奏，「維持發現計劃的既定目標」。他們還建議在每18-24個月中選擇兩項而非一項任務概念，最終確保每年啟動一項發現任務。

在第13次發現任務評選開始前，該計劃已經啟動了11次任務。第12次「洞察號」任務，由於在多次真空試驗中，無法控制探測器中一台主要儀器的洩漏，其原定於2016年3月的發射日期被一再推遲。因此，發射日期推遲至2018年5月—本次評選結束後一年，也即第13次「發現計劃」任務發射前兩年，使得成本超支達1.55億美元。人們對成本超支、任務發射的七年間隔及對發現計劃的影響表示擔憂，儘管美國宇航局官員堅稱「洞察號」面臨的問題不會影響該計劃和第13次發現任務的競逐。

## 過程

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- 如能展示3D編織隔熱罩，還可獲得另外1000萬美元。
- 如採用小型化深空原子鐘，則可獲得額外的500萬美元
- 下一代氙氣離子推進器和放射性同位素加熱器裝置也可用於該任務，但無額外的獎勵。

4.5億美元的成本上限將首次不包括發射後的運營費用。2014年11月5日將發布最終要求，除此之外，他們還澄清雷射通信裝置並不是一項必要的要求，但如有，可給予一定的預算獎金。

- 如果嘗試在太空演示雷射通信(而不是無線電通信)，用雷射發送超過一個地月距離(從地球到月球的距離)的數據，則可獲得額外的3000萬美元。該系統被稱為深空光學通信(DSOC)，其設備將能使探測器的通信性能和效率提高10到100倍，超過傳統手段。

## 時間表

### 招標發布

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在第12次發現任務評選結束後，下一次招標公告(AO)的國會截止日期定為2014年5月1日。美國國會批准了歐巴馬政府最初2014財年申請中增加發現計劃及美國宇航局其他部門和項目的7500萬元預算。然而，美國宇航局科學任務理事會官員在2014年1月表示，這一期限將無法滿足，而且可能會推遲幾個月。美國宇航局行星科學部主任詹姆斯·傑米·格林(James」Jim」 Green)在一次新聞發布會上指出，「他們給我們的日期是5月1日，這並不現實」，他說，在過去十年發現計劃預算不斷下降的情況下，該最後期限是不可行的。一個月後，戈達德太空飛行中心發布了第13次發現計劃招標草案，大體介紹了主要相關內容，其中入圍的三項提案將獲得300萬美元，以進一步開發他們的方案，獲勝者將獲得4.5億美元的資金來建造太空飛行器和執行任務，但不包括發射成本，這比美國宇航局最初5億美元資金的預計減少了5000萬美元。該招標草案包含有對技術的潛在經濟激勵，這些技術將最終被納入第13次發現任務招標方案定稿中，如進入極端環境隔熱罩(HEEET)和深空光學通信(DSOC)技術，該設備可將太空飛行器的通信性能和效率提升至傳統手段的10至100倍。預計最終招標發布日期為2014年9月，即在最初國會截止日的4個月後。草案的正式文本於2014年7月2日發布，而正式招標公告將在11月5日發布。

在2015年2月26日最終截止日前，美國宇航局共收到28份有關下一次發現任務的提案。截止日當天，洛克希德馬丁航太系統公司稱，作為承包商他們支持了多項提案，而美國宇航局並沒有披露所收到的發現計劃任務提案，一年來許多任務小組通過各種科學和天文會議公開了他們的建議。在第一輪選撥中，一項目標為土衛二的特別參選者，即天體生物學「土衛二生命探索者」任務受到新聞媒體的高度關注；2015年3月，在第64屆月球與行星科學大會上，木衛一火山觀測者也被揭曉為這次競選的參賽者，這是它繼之前參加第12次發現任務和第3次新疆界任務後的第三次嘗試；在2015年6月30日美國宇航局小天體評估小組舉行的三小時會議上，各團隊通過簡報形式公布了一些針對小行星的提案。會議期間，又有三家承包商被透露是眾多參選者的支持方—鮑爾航空航天技術公司、波音公司防務、空間與安全部和ATK軌道公司。第一輪評選期間發生了一件值得注意的事件，2015年9月，美國宇航局宣布停止參與B612基金會的哨兵太空望遠鏡項目，這是一台專注於尋找新近地天體(NEOs)的紅外空間望遠鏡，與之最為相似的近地天體照相機提案也是一項紅外搜尋近地天體的太空觀測任務，作為一項合適的替代型任務，它試圖藉此機會一舉獲得中選。

### 決賽與選拔

明年這個時候，當(最終提案)出台，我們在做分析時，不管我們能否選擇一項還是兩項，都必須要有一個標準，這一標準當然是預算標準，也是他們做的如何的表現。

他們必須證明自己有能力保持在成本上限之內。

2015年9月，在提交給美國宇航局審議的眾多提案中，有五項被正式選定參加最後一輪篩選，入選者包括達文西號和真相號探測器，這兩艘太空飛行器的目標是金星，這是美國宇航局自1994年麥哲倫號探測器以後，從未探訪過的一顆行星。同時入選的還有靈神星號和露西號，這是兩項針對小行星的探測任務；以及近地天體照相機，一台專注於近地天體的空間望遠鏡。這是自1999年發現7號和8號任務評選以來，首次有五項提案進入最終遴選，通常只有三項任務入選。根據美國宇航局的說法，這背後的原因是為了開啟選擇兩項而非一項任務來資助和發射的可能性。2016年11月和12月，美國宇航局人員對五項提案任務的擬議運營和製造中心進行了實地考察。尤其是亞利桑那州立大學的「卡林·瓦倫丁」(Karin Valentine)講述了30名美國宇航局代表抵達蘿拉空間系統公司，擬用作靈神星任務製造現場的情況，他們在實地考察期間花了9個小時採訪任務團隊成員和工作人員。首席研究員「琳達·埃爾金斯·坦頓」(Linda Elkins Tanton)說，靈神星團隊已花了長達六個月的時間為訪問做準備，儘管她說「幾乎沒有足夠的時間……回答這些有關我們任務的複雜和技術性問題，這些問題確實曾耗費了約140人團隊許多漫長而艱苦工作日」。

金星和小行星是第13號和14號發現任務參選提案競選的兩個共同主題。

在決賽的這一年裡，隨著「達文西號」和「真相號」的入選，金星再次受到關注。2015年12月，破曉號的第二次軌道插入嘗試成功，引發了當代公眾和媒體對金星興趣的提升，隨後從金星傳回了早期數據，直到下一年。在這段時間，通過近期有關該行星上火山活動，以及金星大氣層中寒冷層的發現，使「真相號」和「達文西號」都相繼出現在媒體顯著的位置上，兩個有趣的主題都對應了各自的任務。此外，「《自然》」和「今日宇宙」等雜誌和網站上也對這些任務進行了專題報導。2016年10月在發現靈神星上存在水的證據後，靈神星號任務也在評選前的最後數月被媒體予以了宣傳。

在兩次推遲原定於2016年9月和12月的評選日期後，2017年1月4日，揭曉評選獲勝者的新聞發布會提前一天召開，而在發布會召開前兩小時，通過新聞稿對外宣布了評選獲勝者「露西號」和「靈神星號」。此次評選的另一最終結果，是為處於「A階段」研究中的近地天體照相機提案提供額外的一年研發資金。吉姆·格林說，選擇的這些任務是美國宇航局「研究太陽系如何形成和演化更大戰略」的一部分，他將小天體和小行星描述為「拼圖中的其它部分(將)幫助我們理解太陽及其行星家族是如何形成，如何隨時間的推移而變化、為何成為生命得以發展和維持的地方，以及未來會發生什麼」。

## 任務建議

提案截止日為2015年2月16日，可能包括了以下候選任務：

土星系

- 土衛二生命探索者 (ELF)—一項評估土衛二宜居性和尋找生命印記的天體生物學軌道飛行器任務。
- 土衛二和土衛六之旅 (JET)—一項天體生物學軌道飛行器任務，旨在評估土衛二的宜居性並在羽狀噴流中尋找生命印記。
- 土衛二生命調查 (LIFE)—一項天體生物學採樣返回任務，以評估土衛二的宜居性並尋找羽狀噴流樣本中的生命印記。

木星系

- 木衛一火山觀測者—通過測量木衛一的全球熱流、感應磁場、熔岩溫度、大氣成分、火山羽流和熔岩，探索木衛一火山活動及其對整個木星系統的影響的任務。
- 先進木星小行星探測器(AJAX)—探測一顆木星特洛伊小行星的任務。

金星

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- 金星深層大氣層稀有氣體、化學成分及成像研究 (DAVINCI)−金星大氣探測器，在63分鐘的下降過程中研究金星大氣層的化學成分，2015年9月入選五項決賽提案之一。
- 金星雷達(RAVEN) -金星的高解析度測繪。
- 金星大氣層和表面探測器(VASE)—將測量大氣層中稀有氣體和輕穩定同位素的完整貯存量，並提供從雲層到地表溫度、壓力和風的第一幅完整大氣層結構剖面圖。
- 金星輻射率、射電科學、干涉雷達、地形和光譜學研究 (VERITAS)—生成金星全球高解析度地形圖，並對金星表面及結構成像的軌道飛行器。2015年9月入選五項決賽提案之一。

火星系

- 火星衛星探測、偵察和登陸調查(MERLIN)，飛越火衛二，然後環繞並降落在火衛一上的任務。
- 火衛一和火衛一起源評估(PANDORA)，環繞火衛一和火衛一軌道的任務。
- 火衛一、火衛二及火星環境調查 (PADME)。
- 生命破冰者將使用鳳凰號/洞察號平台，但將攜帶搜索火星上過去地外生命的探測設備。

提議的小行星、彗星和月球

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- 雙星小行星實地探測器(BASiX)—探訪一對雙星小行星，並引發一場小爆炸以查看如何影響這兩顆天體運動的任務。
- 彗星雷達探測器(CORE)。
- 暗小行星交會(DARe)—使用配備離子推進器的太空飛行器探訪九顆小行星的任務。
- 月球年代和風化層探測器(MARE)。
- NanoSWARM — 立方衛星，研究空間風化，月球磁性，月球水和小尺度磁層的任務。
- 近地天體照相機 (NEOCam)—是一台太空紅外線望遠鏡，旨在探測太陽系中潛在危險小行星。2015年9月入選五名決賽提案之一。
- 普羅透斯(Proteus)–執行主帶彗星238P/里德的探測任務。
- 柯伊伯望遠鏡—使用一架直徑1.2米，位於地球軌道拉格朗日L2點的太空望遠鏡，觀測包括巨行星和它們的衛星及小天體在內的多顆目標天體。

### 入圍提案

探測器圖

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｜名稱｜機構｜首席研究員｜目標

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｜露西號｜博爾德西南研究院｜哈羅德·利維森｜木星特洛伊小行星

露西號是一項偵察任務，它將發送一艘探測器，從2021年至2032年，至少對五顆木星特洛伊小行星作多次飛越。該探測器將對每顆特洛伊小行星的地質、表面特徵、組成、質量和密度進行觀測，以便對太陽系的形成和演化進行研究，這次任務將採用深空原子鐘。

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｜靈神星號｜亞利桑那州立大學｜琳達·埃爾金斯·坦頓｜靈神星

靈神星號是一項小行星帶探索任務，目標是向M-型小行星靈神星發射一艘探測器。該探測器將研究這顆小行星，據信它是裸露在軌道上的一顆早期太陽系原行星的內核，目的是更好地了解太陽系早期形成的過程。由於地質活動，無法對現有行星體進行研究。主要任務將持續六個月，重點研究小行星的引力、組成和地形。此外，探測器將使用類似黎明號的太陽能電力推進系統，但靈神星號使用的是霍爾效應推進器，與黎明號使用的考夫曼推進器並不同。

N/A｜達文西號｜戈達德太空飛行中心｜洛麗·格萊茲｜金星

金星深層大氣層稀有氣體、化學和成像研究(DAVINCI)任務是發射一艘穿過金星大氣層的探測器，利用63分鐘的下降過程對其進行研究。作為先驅者金星聯合探測器和金星任務的後繼者，本次任務將以先驅者金星和金星快車的發現為基礎，重點尋找金星上存在活火山的證據和二氧化硫特徵。

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｜近地天體相機｜噴氣推進實驗室｜艾米·邁因策｜近地天體

近地天體相機(NEOCam)是一項空間望遠鏡任務，在設計和概念上與克卜勒空間望遠鏡相似，它將搜尋和識別潛在危險的近地天體。該小組的科學家說，他們將能發現至少是目前已知數量十倍的近地天體，主要目標是在為期四年的任務中，確定主小行星帶中所存在的三分之二直徑超過140米(460英尺)的小行星數。探測器上將安裝一台噴氣推進實驗室已開發十多年的先進紅外傳感器。該項目的首席研究員艾米·邁因策也是紅外勘測探測器近地天體觀測任務，一項類似在近地軌道上觀測小行星任務的主要研究者。近地天體相機方案是第二次嘗試獲得發現計劃的資助，最初它在2006年第11次發現任務評選時曾提交過美國宇航局，但沒有進入最終入圍名單。

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｜真相號｜噴氣推進實驗室｜蘇薩尼·斯穆瑞卡｜金星

金星輻射率、射電科學、干涉雷達、地形學和光譜學(VERITAS)的目標是將太空飛行器發射到金星軌道，通過高解析度雷達圖像研究金星表面，有效接替麥哲倫號金星探測器。圖像將通過使用X波段單通道干涉合成孔徑雷達(InSAR)結合多光譜近紅外(NIR) 發射率測繪功能獲得。此次任務的主要目標是研究金星過去的地質情況、是否曾存在過生命以及其他更深入的研究，如金星的構造和火山活動史、尋找近期地表可能的更新事件證據。

### 提交

在第13次發現任務評選中，各機構共向美國宇航局提交了28份提案，與2011年第12次發現任務競選期間收到的件數大致相同。其中16項提案主要集中於太陽系小天體，包括小行星、彗星、柯伊伯帶天體和行星衛星。在2015年9月選出最終入圍者之前，28項提案中有27項已向公眾披露：

- 月球
- 月球年代和風化層探測器 (MARE)
- NanoSWARM
- 內太陽系
- 生命破冰者
- 火星衛星探測、偵察和登陸調查 (MERLIN)
- 火衛一、火衛二及火星環境調查 (PADME)
- 火衛一和火衛一起源評估 (PANDORA)
- 金星雷達(RAVEN)
- 金星大氣層和表面探測器(VASE)
- 外太陽系
- 土衛二生命探索者
- 木衛一火山觀測者
- 土衛二和土衛六之旅 (JET)
- 土衛二生命調查 (LIFE)
- 小行星
- 先進木星小行星探測器 (AJAX)
- 雙星小行星實地探測器 (BASiX)
- 哈特利彗星分析收集古代生命的聯繫
- 彗星雷達探測器 (CORE)
- 暗小行星交會 (DARe)
- 主帶小行星和近地天體成像和光譜之旅
- 原始材質探測器
- 普羅透斯
- 柯伊柏帶及更遠
- 柯伊柏
- 惠普爾

## 外部連結

- 第13次發現任務招標(AO)文件
- 美國宇航局發現計劃官方網站
- 美國宇航局發現計劃官方網站和新疆界計劃辦公室