是不是空間探測器做得越大、越貴，它搭載的儀器性能就可以越高超？

12-05

據報道，「悟空」衛星是 4 顆可以間接探測暗物質粒子的衛星之一，而且它搭載的儀器性能是最好的。它有 1.85 噸重，這個重量在衛星裡面算重的還是輕的呢？是不是空間探測器做得越大、越貴，就能放性能越好的儀器？

悟空衛星我就不評論了，就說探測器的事。的確「空間探測器做得越大、越貴，它搭載的儀器性能就可以越高超」下面簡述一下原因。首先打個比方高性能單反相機比卡片機、手機攝像頭大多了，自然越大就能放下越複雜越高級的儀器。

然後供電和儲存、通訊系統也很重要。制約現代深空探測器儀器性能的除了尺寸和質量外就是供電能力和數據儲存處理和通訊帶寬了。例如對雷達而言更高的發射功率、更大孔徑的天線有助於獲得更遠的探測距離、更清晰的圖像。而數據儲存不用說了，接觸過TIF格式圖片文件和玩過視頻編輯的都知道文件沒壓縮前有多巨大，在太空中環境苛刻，有宇宙射線等危害，還有機動時的震動、過載。對數據儲存、處理系統要求很高，不能像家裡一樣接一堆大容量機械硬碟搞定。必須用加固過的抗輻射固態儲存設備。數據處理也不輕鬆——例如無損壓縮很吃計算機性能，玩過視頻壓縮轉碼的就明白了，探測器內部空間、電源供應有限，抗輻射計算機晶元性能也比同期的民用計算機低很多，顯然也不輕鬆。

在解決數據的儲存和處理後後接著就得藉助通訊系統把海量的數據（包括圖像）發回地球，否則毫無意義。然而因為距離導致信號強度衰減等的關係，深空探測器傳回數據的帶寬很低，例如2015年新地平線（新視野）號探測器短暫的飛掠冥王星，獲取的數據、拍攝的圖像竟然慢慢用了差不多一年才完全傳回地球。這種情況下你就是拍了4K高清視頻也沒用，因為很難傳回地球啊。那如何提高通訊帶寬？有三大途徑可以改善——1.提高信號發射功率、2.增強信號波束的定向性、3.用頻率更高的波段作為載體。

提高信號發射功率最立竿見影，自然需要更大的電源供應，對於內太陽系（從水星到小行星帶）活動的航天器而言可以通過簡單增加太陽能電池面積來提升發電功率。對於外太陽系（小行星帶以外）活動的探測器而言由於太陽光微弱，增大太陽能電池面積收效也不高，而增加用鈈238的放射性同位素髮電系統則過於昂貴（鈈238比黃金不知道貴哪裡去了）、而且能量密度也不算高。最合適的選擇是上核反應堆，幾十千瓦乃至上百千瓦的發電能力能大大提升通訊帶寬，使得能拍攝更多、解析度高的圖像，甚至能拍高清視頻（想像一下拉大長焦拍木星大氣層里的閃電和風暴的高清視頻）。然而無論是大大增加太陽能電池面積和上反應堆都會讓探測器變得更大更貴。

2.增強信號波束的定向性最簡便的辦法是提高天線增益，更大孔徑的天線能讓波束定向性更好，伽利略號木星探測器發射後由於高增益天線因為潤滑等問題沒能展開，只能用口徑小的低增益天線來，就大大影響了數據傳輸速率。增加天線口徑自然會讓探測器更大更重，用摺疊式高增益天線則可能出現伽利略號展不開的故障。

3.用頻率更高的波段作為載體，對於無線通訊而言信號頻率越高（波長越短）信號傳輸速率越高，這方面激光的波長比任何無線電波都短，衛星之間的激光通訊早已經試驗成功，美國也成功在一個月球探測器上實現了月球對地球的激光通信。激光通信除了波長短頻率高外還有定向性特別高的優點，很適合傳輸大量數據，當然由於激光的光束很狹窄對指向精確性要求很高，距離越遠自然要求越高。對地面接收設備（望遠鏡）要求可能也高，畢竟激光也會衰減，增加激光發射功率也能降低這方面的挑戰。

上述可見，對於深空探測器個頭、質量、成本的確和性能有密切關係。

今天這回答已經收錄到編輯推薦里了，那我再補充點資料，舉例說明一下。以便讓大家有個直觀的認識。

下圖是火星勘察軌道器（Mars Reconnaissance Orbiter）上的HiRISE（High Resolution Imaging Science Experiment）系統，注意比例個頭，一套相機驚然如此巨大！HiRISE的鏡頭口徑0.5米，長焦鏡頭（反射式望遠鏡）部分長113厘米，直徑59厘米，這套裝置重40千克。比任何發燒級專業單反不知道高到哪裡去了，現在流行的立方體小衛星（CubeSat）根本塞不下這樣高端的龐然大物——畢竟光HiRISE本身比小衛星本身還大還重！更不用說本身的供電和通訊能力了。HiRISE也是人類至今為止用在深空探測器上最強的光學成像設備，大概只有哈勃太空望遠鏡比這更強，然而哈勃不能跑去火星貼近拍。

HiRISE官網上的規格參數鏈接

有興趣的特別是懂攝影的可以自己去看看。

大塊頭也有豐厚的回報，這套成像裝置能在軌道上拍攝解析度0.3米級的火星地表高清照片，比Google地球還清晰！可以說火星勘察軌道器相當於一顆圍繞火星轉的間諜衛星！圖省錢用寒酸的小衛星、小探測器絕對做不到這點。

HiRISE官網上的火星高清照片目錄

可以去那裡看HiRISE拍攝的高清火星照片，例如下面這張照片放大後可以看見好奇號火星車留下的車輪印跡。

簡單來說，是的。航天技術有難度，即使現在發展了幾十年了，火箭的推重比和有效載荷可能依然讓非專業人士看來低到無法理解。概括地講，火箭整體從離地那一瞬間的起飛重量算起，90%是燃料，剩下的10%是火箭自重，包括箭體、推進器等一系列非燃料的機械設備，這些設備都得帶否則無法正常飛行。把這些設備的重量從這10%中減掉，剩下的才是payload，也就是有效載荷。載荷才是要送到太空中的物體，體積重量都非常受限。想當年東方紅送上天，舉國之力讓火箭上天送上去的不過是個皮球大小的物件。現在各國技術都更新換代很多了，有效載荷也在提升。所以能把更大的航天器送入太空的背後是整個航天體系進步在支撐著。送入太空的航天器受制於它本身的目標功能，探測範圍以及多種硬體的限制，所以概括來講，越大越好，儀器越多，計算越快，容量越大，也就越精密。

原則上來講，空間探測器的造假和它的重量和體積成正比。相對應的裡面的儀器也會更好。畢竟你沒見過勞斯萊斯裡面用手動調節的座椅吧。

謝邀
我不做探測器這塊，所以對此技術也不太了解。但是根據經驗，絕大多數產品都是只要增加性能，質量和功耗就會往上走。

@ljsz 不應該是取決於裡面搭載的閃爍探測晶體么