问题背景

对于宇宙中生命的搜寻、存在形式和起源的研究，以及地外宜居行星的探索始终是国际上的研究热点。对地外天体生命及宜居性的探测将直接回答地球之外是否存在生命，是否存在宜居星球等重大科学问题。

国际上对解决这两个问题存在基本公认的途径，美国航天局（NASA）和欧空局（ESA）均提出了长期的对太阳系内系外天体的探测计划：寻找系外行星，观测它们大气中的生命迹象，并对其成像，判断系外行星宜居性；对太阳系内部最有可能出现生命的天体的表层及次表层进行探测。

为了在地外生命探测方面获得国际重大原创性科学成果，对系外行星探测可采用直接观测方式，直接获得系外行星自身生命存在和宜居性的证据，其瓶颈在于空间望远镜口径受发射能力限制难以持续增大，利用合成孔径干涉成像技术实现等效大口径探测是未来技术发展趋势，但对合成孔径信息有效利用、深空远距离星座构型保持等技术的难度极大、要求苛刻；对系内天体探测可采用原位探测方式，获得生命存在的直接证据。系内天体探测的重点除火星外，将逐步聚焦于木星和土星系统，以及水星和金星等类地内行星。对上述天体的原位探测，主要难点在于极端环境下原位探测技术，根据目前探测结果，需解决冰层穿透及其下液态海洋探测、超高压和极端环境适应性等技术。对系内系外天体的探测能够为空间科学重大问题做出贡献，牵引并突破空间科学与深空探测领域相关技术跨越式发展。

关键突破点

美、欧等航天强国在地外天体生命及宜居性探测方面均进行了长期规划。

系外行星探测方面，ESA在“Cosmic Vision 2015~2025”计划中，规划了三次任务开展系外行星探测，并与日本合作，择机在未来开展超大口径望远镜的研制工作。NASA制定了从Hubble到JWST的发展规划，并对长基线干涉探测、大口径望远镜结合内星冕的探测方式进行了深入研究。

系内天体原位探测方面，对于科学家公认可能存在生命的系内天体：木卫二、木卫三、土卫二以及土卫六，美欧等国已经将木星和土星系统的探测作为后续深空探测重点，特别是上述可能存在生命的天体必将成为未来深空探测国际前沿热点。另外，欧洲和日本合作开展水星探测并规划了未来金星探测计划。

实现上述技术途径面临的关键难点与挑战主要有以下两方面：

（1）系外行星直接探测问题。增大望远镜口径以及消除母恒星干扰的技术难题，均可采用多望远镜阵列编队飞行的方式实现。系外行星直接探测编队飞行一般优选扰动较小的远地轨道，与近地轨道编队飞行相比，远地轨道编队飞行存在初始测定轨精度低、编队基线大等难点。采用飞行器高精度相对位姿保持编队飞行实现长基线合成孔径干涉测量，需突破高精度编队飞行控制技术，编队稳定性和指向精度要求光程差不超过波长的万分之二；高精度星间基线测量的性能要求至少需要达到相对位置确定精度到mm量级，相对速度到0.1mm/s量级，相对姿态达到角分量级。编队航天器的协同控制，主要包括航天器的任务调度、运动规划与智能控制等，需要采用基于专家系统和神经网络等人工智能技术等非传统的航天器编队控制方法。

（2）极端环境下的原位探测问题。相比于目前的月球、小行星、火星的原位探测，木星、土星等气态冰巨星及其卫星环境复杂，存在冰层及液态海洋，具有低温高压和高压导电液体环境；金星水星等内行星则具有高温高压的探测环境特点。在上述极端环境下，探测器生存是其首要问题，其次是探测器数据传输，无论是大气探测还是穿透冰层的原位探测器，均需要独立进行探测任务，同时将探测数据回传至主探测器，将面临位置不确定或冰层阻隔条件下的测控通信问题。

战略意义

地外天体生命及宜居性探测是空间科学探测的前沿热点问题，也是未来能够孕育世界性重大科学发现的重要领域，该问题的研究突破，将为我国在宇宙起源与演化、生命起源等人类重大科学问题研究上贡献中国力量、中国方案，将推动导航制导与控制、热控、能源、材料、力学、结构、电子、人工智能等技术的大幅提升，以及多学科的交叉融合发展，成为我国建设科技强国、航天强国的重要基石，创造巨大的社会效益。