在人类发射的近200个深空探测器中，绝大部分都是探测月球和火星的。月球是距离我们最近的天体，也是最容易到达的天体。然而，因为月球的活动在数十亿年前已经终止，从其科学内容的丰富性来讲，并不十分吸引人。人类发现距离地球稍远的火星更接近地球的地质条件，甚至在某些低海拔的山谷中，在其正午时分，表面温度会上升到零度以上。从此，火星就成为了近40年来深空探测最主要的天体目标。迄今为止，人类发射到火星的探测器已经超过30个，有7次成功的着陆以及3次成功的表面巡视。然而，人类并没有忘记走向更远的深空。特别是最近10年来，人类对太阳系小天体的兴趣逐渐增加，试图发现地球上难以获得的稀有资源，并将其带回地球。
在太阳系所有的岩体类天体中，地球的引力场最大。因此，要达到离开地球所需的加速度也是最大的。100多年前，俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基经过计算，提出了第一、第二和第三宇宙速度的概念。进入深空的第一个技术挑战是脱离地球引力，即将探测器的速度从起飞时的0km/s，加速到11.2km/s的第二宇宙速度，这与火箭发动机及燃料有很大关系。
深空探测器在太阳系飞行的轨道，是受行星位置和其引力场影响的。因此，需要事先优化设计发射窗口和轨道。设计的目的一般有两个：一是做到燃料最省，二是做到尽快到达。为达到这两个目的，需要利用行星际中两个特殊的引力效应。一个是可以利用各天体之间的引力平衡点，探测器在该点受到的引力作用最小。在此处做变轨，可以做到最节省燃料。另一个可以利用的是特殊的引力效应，即借助天体的引力来加速。具体的做法是令探测器飞向需要借力的行星，并使其贴近行星飞过。在飞向行星的时候，行星引力将对探测器加速，在其达到与行星距离最近时速度达到最大。探测器会以这个速度飞离行星，尽管行星的引力会使其速度再减下来，但是剩余的速度仍然会高于其在进入行星引力场被加速前的速度。
探测器到达地外天体，比较容易的是进入其引力场，进行环绕探测和遥感成像探测。但是，如果需要着陆探测，甚至在其表面起飞并将样品带回地球，目前人类所掌握的技术并不成熟。
由于地外天体各不相同，分为无大气、有稀薄大气和有稠密大气3种。人类在地球上着陆和返回的经验，几乎无法在其他天体上直接应用，在地外天体上着陆和起飞都非常困难，目前人类所掌握的技术并不成熟。在没有大气的天体上着陆，无法使用降落伞减速，必须使用反推火箭，这将消耗较多的燃料。而从地外天体起飞，将样品返回地球，将耗费更多的燃料。
但在小天体上着陆与起飞是完全不同的技术。首先，由于小天体引力场非常小，甚至可以忽略，与其说在其上着陆还不如说是与其轨道交汇。因为无法借助其自身引力的力量，所以需要拥有非常精准的轨道设计和自动控制能力。其次，着陆时可以说是某种程度的碰撞，如果无法将探测器在相互接触的一刹那相互锚定，探测器将在反作用力的作用下很快弹跳起来。
第四个技术挑战是远距离通信。通讯距离越远，无线电波经过长距离传输，能量将会依据球面的面积与其半径的关系，也即与通信距离的平方成反比扩散和衰减。因此，激光星际通信一定是未来的发展方向。其次，远距离通信会带来时间延迟，使得探测器必须具备自主判断和运行的能力，即高度智能化。
核能源的利用可以优化行星际飞行，核能源的火箭发动机可以在行星际飞行中对探测器持续加速，大大缩短飞行时间。其次，探测器在向外行星际飞行时，将逐渐远离太阳，太阳能电池板的面积将逐渐增大。因此，研发小型核能发电机是必备技术。
最后，变轨、着陆、起飞都需要很多能源，即燃料的支持。最好的办法不是从地球上携带这些能源，而是在行星际中就地获取能源。这项技术将是未来人类能否更有效和大范围开发利用太阳系深空的必备技术。到目前为止，除了太阳能以外，人类还没有实现对任何太空资源的就地利用。
（摘编自吴季《深空探测的现状、展望与建议》）
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