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天问二号抵达目标小行星,开始绕行探测!将揭开2016HO3身世之谜

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经过一年星际远航,跨越数千万公里深空,我国天问二号探测器已顺利抵近目标小行星2016HO3,今日(6月7日)将对其展开引力捕获操作,并正式转入对其环绕观测的阶段。



天问二号搭载有高精度姿态控制系统探测器,凭借十公里锁定硬币级别的精密控制能力对2016HO3进行系统性勘察,这颗小行星的身世谜题已困扰天文学界多年,终于迎来实地解谜的关键窗口期。

作为我国首个小行星采样返回专项任务,天问二号绕行探测不仅补齐国内小天体实地勘探空白,更在全球深空探测版图中走出独有的多目标探测路线,从精密硬件制造、天体科学溯源、全球航天横向对比三个维度,都藏着值得深挖的航天价值与科学内涵。



精密国产控制系统筑牢深空绕行根基,合肥智造撑起探测器“星际方向盘”

天问二号能够在茫茫太空精准追上体量仅有四五十米的微型小行星,核心依仗便是落地合肥研发的整套姿态控制与光学测距设备,也是本次探测任务最亮眼的国产化技术缩影。

这套控制系统里的快反镜组件,把深空定位精度具象到生活化标准:十公里的远距离空间中,镜面细微偏转就能让激光光斑稳稳落在一枚硬币之上,在小行星高速自转、深空无大气参考、探测器持续巡航晃动的多重干扰下,实现光束定点锁定、地表三维测绘全覆盖。



不同于地面车辆方向盘依靠路面反馈调整方向,深空环境没有任何参照物,2016HO3自转周期仅28分钟,星体引力微弱到无法自然束缚探测器轨道,天问二号想要稳定绕行,需要依靠单光子测距设备实时扫描地表起伏,控制系统每秒完成数百次微小姿态修正,实时规避星体表面碎石、不规则凸起带来的轨道偏移风险。

放眼全球同类探测器,美国OSIRIS-REx探测贝努小行星、日本隼鸟系列探测丝川与龙宫小行星,同样配备高精度姿态控制系统,但多数设备依赖国外精密光学元件,而天问二号整套导航、测距、姿态调整硬件实现全国产自研。



日本隼鸟一号当年便因姿态微调精度不足,采样接触瞬间被小行星微弱反作用力弹飞,最终仅采集到毫克级微量样本;而美国OSIRIS-REx绕行贝努时,多次因星体不规则地形被迫临时抬升轨道。



再看我国天问二号,它依托合肥核心部件的超高稳定性,循序渐进由远及近分层绕行,从三万公里停泊轨道逐步降至数公里近距测绘轨道,为后续采样点位筛选夯实数据基础。



除了姿态硬件,探测器搭载的11台国产科学载荷分工明确,光谱探测、红外成像、粒子分析仪同步开机,绕行期间不间断采集星体物质、热辐射、空间环境数据,全方位勾勒2016HO3基础物理画像。

绕行勘察直指身世两大假说,2016HO3成解锁早期太阳系的太空活化石

人类发现2016HO3已逾十年,它所在的地球准卫星轨道一直让天文学家争执不休,其两大起源假说各有论据却始终缺少实地样本佐证,而天问二号本轮环绕探测的核心使命,便是用原位观测数据终结起源争议。



这颗小行星围绕太阳运行的公转周期是365.77天,和地球公转周期365.25天近乎重合,常年在地球周边38至100倍地月距离范围内伴飞绕行,既不被地球引力捕获成为正式卫星,也不会脱离地球附近飞向深空,是目前人类观测到轨道最稳定的地球准卫星,直径约40至60米的体型,让它成为封存太阳系诞生初期原始物质的天然标本。



第一种主流猜想认为2016HO3源自远古月球巨型撞击溅射物,亿万年前大型天体撞击月球,地表岩石被冲击力抛射入太空,长期演化后被日地引力共同束缚,变成如今的地球小跟班,此前地面天文望远镜光谱观测,发现它部分矿物光谱和月岩样本高度重合,成为这一假说的关键支撑。

而中科院紫金山天文台团队通过轨道动力学演算提出全新观点,判定小行星大概率诞生于火星与木星之间的主小行星带,受木星引力扰动脱离原有轨道,历经漫长星际漂泊后进入地球共轨空间,两种推论僵持多年,仅靠地面遥感观测无法敲定答案。



天问二号绕行阶段将通过近距光谱扫描、地表形貌测绘,精准分析星体矿物组分、同位素构成,后续采样带回地球后,实验室化学比对能直接区分它的物质本源:若元素配比贴近月岩,月球溅射起源论落地;若是成分匹配主带小行星特征,则佐证小行星带漂泊假说。

除此之外,绕行探测还能破解它的空间演化史,探明它近百年进入地球轨道的动力学诱因,顺带挖掘早期太阳系行星撞击、小天体迁徙的演化细节,间接追溯地球原始物质构成与生命诞生所需有机物的来源线索。

对标全球小行星探测项目,天问二号开创单次任务双天体探测全新范式

放眼全球已落地的小行星采样任务,美国、日本此前分别完成三次成功采样,无一例外都是单次发射瞄准单一小行星。而天问二号走出差异化路线,完成2016HO3绕行、采样、样品返回地球后,主探测器将继续奔赴火星木星间的311P主带彗星开展伴飞探测。

这也是我国一次发射实现小行星+彗星双天体科考,在国际深空探测史上属于首创设计,绕行2016HO3的成功落地,正是这套复合任务方案的关键起步节点。

日本隼鸟一号2010年带回丝川小行星仅毫克级粉尘样本,隼鸟二号耗费多年才从龙宫小行星取回5.4克样品,两次任务目标都是单一近地岩质小行星;美国OSIRIS-REx历时7年专攻碳质贝努小行星,取回约250克样本,全程未拓展额外探测目标,单任务投入成本、发射资源全部绑定单个天体。天问二号规划目标采样量不低于50克,最高可突破100克,还创新设计触碰采样、悬停采样、锚定附着采样三种模式,其中锚定锚入星体表层采样属于全球首次应用于小行星探测,绕行阶段探明地表岩土松紧度、岩层分布,就是为三种采样方案择优落地提供实地依据。

从探测性价比与科学收益来看,美日探测器完成采样后航天器大多报废,天问二号返回舱落地地球交付样品,主体飞行器继续奔赴彗星,最大化利用深空航行燃料与硬件寿命,大幅摊薄单次航天发射成本,也让我国一次性集齐近地小行星、主带彗星两类稀缺深空探测数据,快速补齐国内在小天体、彗星两大前沿空间科学领域的数据短板。



跳出星体探测本身,任务落地筑牢近地天体防御与深空技术储备

天问二号围绕2016HO3的常态化绕行,不止局限于天文溯源,更具备极强的现实应用价值,为地球近地小行星防御工程积累一手实测数据。全球现已登记三万多颗近地天体,其中两千余颗直径超140米的小行星存在潜在撞地风险,2016HO3作为近距离伴飞地球的典型样本,绕行期间测得的自转规律、星体密度、内部结构、轨道扰动数据,能够完善近地小行星轨道演化模型,未来人类遇到威胁地球的小行星时,可依托同类数据制定引力偏转、动能撞击等避险预案。

与此同时,绕行、变轨、近距悬停全流程锤炼的高精度自主导航、微弱引力环境控制、深空长周期在轨运维技术,将反哺我国探月、探火乃至后续深空行星探测工程。



嫦娥探月系列积累地月空间技术,天问一号完成火星环绕着陆,天问二号攻克近地小天体深空控制难题,三者技术串联形成完整深空探测技术链条,推动我国从跟跑逐步迈入全球深空探测第一梯队,而待2027年样品顺利返回地球,国内上百家科研院所、高校将同步开启样品联合研究,带动矿物学、天体化学、航天材料等多学科协同进步,持续释放深空探索的科研与产业红利。

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