为什么人类发射探测器总是向太阳系边缘发射，而不是向太阳系的上方或者下方发射？
本人对宇宙感兴趣但不了解，总是看到纪录片里的探测器发向太阳系的边缘，纪录片中的太阳系也总是给人呈现在一个平面上但既然宇宙是三维的，为啥不向其他方向发射呢？ 题主，建议您去steam上买个《坎巴拉太空计划》的游戏玩下，不贵，这样可以有比较直观的体会。首先，探测器出去，总是要探测点什么，黄道面外，没太多东西。
其次，离开黄道面，也可以理解为改变太阳轨道倾角。这个，需要很多DV，
DV，你可以理解为火箭或探测器改变轨道的能力，数字越大能力越强。
游戏中从坎星（你可以理解为地球）进入太阳轨道，大概1000多DV就可以。
坎星环绕轨道去最远的Eooloo或Jool（你可以理解为冥王星，木星）大概4000不到就可以被捕获进入环绕轨道。
去离太阳最近的Moho（水星）大概需要将近6000DV进入环绕轨道。
但是，要到达太阳极轨，也就是黄道倾角90度，需要2万DV！
提高DV的代价是火箭重量成倍增长。
所以，去黄道面外，图啥？ 不错的问题，原因大概有三点：
1.浪费燃料=降低载荷
2.有更经济实惠的方式
3.黄道面外探测目标少
一个一个来讲吧。
（1）地球轨道附近，从太阳系逃逸的速度是42.4km/s。考虑上地球30km/s的公转速度，在脱离地球引力场之后，以和地球公转速度相同的方向发射探测器，只需要12.4km/s的速度增量就可以从太阳系逃逸。但是如果速度方向是极向的呢？那还是需要30km/s的速度增量才能从地球轨道逃逸。听着是不是有点抽象？画张示意图应该就好理解很多了。
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12.4km/s和30km/s的速度增量意味着什么呢？意味着飞船的有效载荷只有原来的0.28%！
理论计算方法也简单介绍一下，下面是齐奥尔科夫斯基公式：dv是速度增量，ve是推进器工质喷射速度。m0是火箭加速前的纯质量总合，m1是是火箭加速后的纯质量总和。
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目前的火箭技术，ve的数值大约是3000m/s。代入30km/s和12.4km/s的速度差，可以结算出m0/m1=353。这就是上面0.28%的由来了。
试想，如果沿黄道面发射，我们可以运送1000kg的物资离开太阳系。而往极轨方向加速，只剩下了2.8kg。两者的效率的差别，想必我也无需多言了。
（2）那有没有办法让飞行器进入太阳的极轨呢？有，性价比最高的方式是利用行星的引力。
比如高赞 @赵泠 回答中提到的“尤利西斯号太阳探测器”，就是先把探测器打到木星轨道附近，通过合适的轨道设计，利用木星的引力获得极向的动量。就可以通过少量能量的制动，进入环绕太阳的极轨了。
理论上的节约能量的原因有三点：
（1）地球-木星转移轨道具有很高的偏心率，在木星轨道附近的运动速度远远小于地球轨道附近的公转速度，故进入垂直轨道需要的速度变量也就更小。
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（2）通过引力弹弓可以获得木星的一部分动能，从而改变探测器的轨道参数（下图示意的是加速，走太阳极轨需要在切向减速，同时入轨的时候接近木星两极，以获得极向的动量）。
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引力弹弓原理示意图
3）接近木星时木星的引力势能转化为探测器动能，运动速度加快后，根据P=F×v。相同的推力能够提供更大的功率，使得探测器的轨道更容易被改变。
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旅行者2号探测器速度-位置关系图（请注意两点：（1）探测器靠近大行星时的加速 （2）探测器离开行星之后速度的改变）
那往木星打探测器有什么负面作用么？有，浪费时间。不过考虑到变轨的效率，天文学家往往愿意牺牲时间。
Tips：现在的探测器，往往是在有限的预算里放尽可能多的载荷，通过轨道设计和卫星设计使载荷最大化才是常态。比如13年欧洲发射的SMART-1月球探测器，使用了离子推进。虽然推进效率比传统的化学能工质火箭高了10倍，但因为推力只有几十μN，整整用了一个月才入轨月球。这居然变成了某些人口中阿波罗造假的“证据之一”，真是无知者无畏。欧洲人怎么搞是为了什么？就是把大约700kg的燃料转化为了有效载荷。
扯远了，最后来谈谈第三点：
（3）太阳系的主要天体都在黄道面上，轨道倾角很大的只可能是质量比较小的天体（如彗星，小行星），特别在内太阳系基本不存在极轨运行的天体。没有对应的探测目标，所以自然探测器也不向这个方向发射了。
继续扯远一些，很多人非常喜欢扯“最快”，“最远”的探测器。其实凭借人类目前的技术，在行星轨道排列合适的条件下，完全可以打出一个比旅行者1号更快的探测器（个人不负责任的估计增加10km/s的速度不成问题）。但还记得旅行者2号探测器的速度-位置图么？其在飞掠海王星轨道之后是有减速的。如果专门为了刷速度，尽可能增加四颗大行星的引力弹弓效应，完全可以刷到一个更快的逃逸速度。但这样做有什么意义呢？载荷少了，柯伊伯带以外又是空空如也。从目前世界几个主要航天机构的做事逻辑，恐怕也就只有三哥愿意去用这种奇怪的方法刷刷存在感了。
http://picx.zhimg.com/v2-1f56fff1cacb35c78fd6a417dd69ee51_r.jpg?source=1940ef5c 题主大概以为太阳系是这样的吧？
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太阳系艺术想象图
但实际上太阳系是这样的：
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暗淡蓝点
上面这张图是旅行者一号所拍的部分太阳系的图，此时旅行者大概距离地球60亿公里。图中那个暗淡的蓝点就是地球，图中大概占一个像素。
这就是为什么不向太阳系上方发射的原因。太空实在是太空了，往地球这边的平面上，好歹还能经过火星，木星和其他的天体，拿着个科学设备仪器做实验还是很香的。
但要是往太阳系上方发射，那里真的没什么东西啊，没有什么科研价值啊。
另外就是如果想飞出太阳系，旅行者号好歹还能靠木星的引力弹弓之类加加速，要是往太阳系上方发射就只能悲催地自力更生了。 燃料不足，因为所有的航天器都是从地球发射的，肯定是借助地球的公转速度，相当于脱离地球就有了大约30公里每秒的速度。如果发射太阳极轨卫星，需要将地球公转速度抵消，然后再在垂直方向上加速至地球公转速度，大约是42公里每秒，这样的速度太大了，目前所有的火箭都达不到脱离地球引力后还拥有42公里每秒的速度改变量，当然无法将卫星发射这样的轨道上。 没有这个“总是”。尤利西斯号太阳探测器的轨道就是几乎跟黄道面垂直的。
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探测器的轨道选择很大程度上取决于任务目的。去“太阳系边缘”的是探测器里的极少数，为了在发射所用的火箭规模的限制下达到足够的速度，它们要借助大行星的引力弹弓，垂直于黄道面的位移对这个目标没有任何意义。而研究太阳两极状况的探测器就不得不飞到远远偏离黄道面的位置去。
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