天问二号踏上十年“追星之旅”，我国首次小行星探测与采样返回任务正式开启

来源：环球时报

【环球时报赴西昌特派记者 樊巍 邓孝慈】编者的话：5月29日，我国在西昌卫星发射中心运用长征三号乙运载火箭，成功将行星探测工程天问二号探测器发射升空。火箭飞行约18分钟后，将探测器送入地球至小行星2016HO3转移轨道。此后，探测器太阳翼正常展开、相关机构顺利解锁，发射任务取得圆满成功，我国首次小行星探测与采样返回任务就此正式开启。天问二号设计任务周期10年左右，主要目标是对小行星2016HO3进行探测、取样并返回地球，此后再对主带彗星311P开展科学探测。此次任务将有望为人类研究太阳系的早期状态，以及太阳系和地球的演化过程提供珍贵的原始数据。

万里挑一的“时间胶囊”

据《环球时报》记者了解，天问二号任务工程目标之一是为小行星起源及演化等前沿科学研究提供探测数据和珍贵样品。科学目标则聚焦于测定小行星2016HO3和主带彗星311P的多项物理参数，包括测定小行星和主带彗星的轨道参数、自转参数、形状大小、热辐射特性等物理参数，开展轨道动力学研；开展小行星和主带彗星的形貌、物质组分、内部结构以及可能的喷发物等研究；此外还将在实验室对采样样品开展分析研究，测定样品物理性质、化学与矿物成分和结构构造，开展小行星和太阳系早期的形成与演化研究。

“如果我们把空间探索的目标分类，小行星是小天体的一种，开展小行星探测的意义非常重大。”天问二号任务地面应用系统总师、中国科学院国家天文台研究员苏彦在接受《环球时报》记者采访时表示，2016HO3这样的小行星主要形成于大概45亿年前的太阳系早期，它的特点之一就是没有经过地球演化过程中的物理或者化学上的重大改变，它始终保持原有的状态和成分，被学界认为是宇宙的“活化石”，也叫“时间胶囊”，“它保留了我们太阳系早期的信息，从科学研究的角度而言具有非常大的价值。”

另一方面，研究小行星也将为人类认识地球的演化提供重要信息。天问二号任务副总师、中国科学院国家天文台研究员刘建军向《环球时报》记者介绍称，在地球形成之初并没有水，许多科学家都认为地球上的水是小天体撞击地球后带来的，这对地球的演化起到一个非常重要的输入作用。在地球的历史上，小行星撞击地球的事件都影响了地球的演化，所以研究小行星对于研究地球的演化过程也非常有意义。

“从科学角度而言，2016HO3非常稀缺，人类目前已知的小天体有上百万颗，其中有3万颗左右的近地小行星，近地小行星2016HO3是人类目前发现的7颗地球准卫星之一，选择2016HO3相当于是万里挑一。”刘建军表示，选择2016HO3开展探测和采样的主要原因之一还在于它的特殊性。2016HO3和地球一同环绕太阳运转，它的运行轨道和地球的运行轨道非常相似，轨道高度大概在2000万到4亿公里左右，从工程角度而言具有可达性。

按照计划，天问二号除了对小行星2016HO3进行探测、取样并返回地球，还将对主带彗星311P开展科学探测。刘建军介绍称，311P的特点之一是它的轨道位于火星和木星之间小行星主带内，它具有行星的特性，同时地面观测到它具有类似彗星的喷发活动。它的这些特性决定了它在科学上具有重大的研究意义。

“主带彗星还有另外一个名称叫活跃小行星。小行星理论上是极岩性的，而彗星表现为极冰性，它的来源很有可能是在外太阳系比较冷的区域。”刘建军表示，主带彗星伴有喷发物，目前并不清楚这种喷发物是在小行星主带这个区域里产生，还是从外太阳系被捕获形成的，人类此前并不掌握主带彗星喷发物的状态，但它非常具有科学研究价值。

边飞边探边决策

天问二号任务整个飞行过程复杂且精细。据《环球时报》记者了解，根据任务规划，共包含发射段、小行星转移段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距探测段、小行星采样段、返回等待段、返回转移段、再入回收段、主带彗星转移段、主带彗星接近段、主带彗星交会段、主带彗星近距探测段等13个飞行阶段。

其中，小行星探测包括9个阶段，大约耗时两年半的时间。发射段顺利完成后，探测器进入小行星转移段，期间需实施深空机动、中途修正等操作直至距离小行星约3万公里处。随后依次进入小行星接近段、交会段、近距探测段，在近距探测段按照“边飞边探、逐步逼近”原则，对小行星开展悬停、主动绕飞等探测，确定采样区后进入采样段。完成采样任务后，探测器将经历返回等待段、返回转移段，在返回转移段接近地球，返回舱与主探测器分离，之后独自进入再入回收段，预计于2027年底着陆地球并完成回收。主探测器则继续飞行，耗费数年时间前往主带彗星311P，开展后续任务。

“此次探测任务最大的挑战在于对探测目标知之甚少，以及长任务周期对探测器寿命的考验。”中国航天科技集团陈春亮接受《环球时报》记者采访时介绍称。目前人类对于天问二号探测的小行星2016HO3充满未知，对其外貌、成分与构造都不清楚，其表面究竟是平整的，还是凸起的，这些未知性给此次探测任务和采样工作都带来了很多挑战。此外，天问二号任务周期长达十年左右，这对探测器产品的寿命和可靠性提出了更严格的要求，这也是一个巨大的挑战。

小行星2016HO3的尺寸较小，目前的探测手段显示，它的直径在40-100米左右，采用地基望远镜很难观测。较小尺寸给小行星采样环节制造了极大的困难，中国航天科技集团曾福明向《环球时报》记者介绍称，与此前嫦娥五号和六号月球采样返回任务不同的是，嫦娥探测器是在月球表面有重力环境下进行采样，此次小行星采样则是在微重力环境下进行。如果2016HO3表面坚硬易造成探测器反弹，而表面松散又容易导致探测器下陷，这要求探测器的控制必须足够精确、恰到好处。国家航天局探月与航天工程中心副主任、天问二号任务新闻发言人韩思远介绍称，天问二号项目团队设计了三种采样方式，除了触碰采样方式外，天问二号任务还将实施悬停采样、附着采样。此外，针对目标天体特性未知等难题，探测器还计划采用“边飞边探边决策”的策略，从距离目标天体约2000公里开始，基本自主开展目标天体精准捕获、逐步接近、科学探测和样品采集。陈春亮称，“此次任务对于探测器的自主能力有更高的要求，天问二号需要飞得很远，我们不可能实时获取它的消息，天问二号可能需要自己去处置很多情况。”