天問二號任務示意圖。 　　圖片來源：國家航天局探月與航天工程中心

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　　5月29日，中國行星探測工程天問二號探測器順利升空，小行星探測與採樣返回之旅由此開啟。

　　天問二號任務設計周期10年左右，主要任務目標是對小行星2016HO3進行探測、取樣並返回地球，此后再對主帶彗星311P開展科學探測。繼嫦娥奔月、祝融探火之后，這是中國人在浩瀚星宇的又一次重要探索之旅。

　　

　　探索雙星，為何選中它們？

　　天問二號任務工程目標是突破弱引力天體表面取樣、高精度相對自主導航與控制、小推力轉移軌道設計等一系列關鍵技術，同時為小行星起源及演化等前沿科學研究提供探測數據和珍貴樣品。

　　天問二號科學目標則聚焦於測定小行星和主帶彗星的多項物理參數。包括測定小行星和主帶彗星的軌道參數、自轉參數、形狀大小、熱輻射特性等物理參數，開展軌道動力學研究﹔開展小行星和主帶彗星的形貌、物質組分、內部結構以及可能的噴發物等研究﹔開展樣品的實驗室分析研究，測定樣品物理性質、化學與礦物成分、同位素組成和結構構造，開展小行星和太陽系早期的形成與演化研究。

　　星辰萬象，為何天問二號要“追逐”這兩顆微小天體？國家航天局探月與航天工程中心副主任韓思遠說，2016HO3是地球的一顆“准衛星”，其穩定運行於地球軌道附近，公轉周期與地球公轉周期接近。該小行星軌道相對穩定，經過前期的軌道設計，探測器需相對較低的能量即可抵達，並為接續開展311P主帶彗星探測提供可行方案。

　　此外，根據前期科學研究，2016HO3很有可能保留著太陽系誕生之初的原始信息，對研究太陽系早期物質組成、形成過程和演化歷史具有極高科研價值。

　　311P主帶彗星是運行於火星與木星軌道之間小行星帶中的小天體，同時具有傳統彗星的物質構成特征和小行星的軌道特征。對該主帶彗星進行探測，能夠促進我們對小天體物質組成、結構以及演化機制等的探索。

　　13個階段接力，完成精准探測

　　發射成功，僅僅是天問二號深空之旅的起點。接下來，它將踏上艱巨而漫長的探測之路。

　　據航天科技集團曾福明介紹，天問二號任務共包含發射段、小行星轉移段、小行星接近段、小行星交會段、小行星近距探測段、小行星採樣段、返回等待段、返回轉移段、再入回收段、主帶彗星轉移段、主帶彗星接近段、主帶彗星交會段、主帶彗星近距探測段等13個飛行階段，技術難度大，工程風險高。

　　其中，小行星2016HO3探測包括9個階段，發射段順利完成后，探測器進入小行星轉移段。這一階段將持續約1年，其間需實施深空機動、中途修正等操作，直至距離小行星約3萬公裡處。隨后依次進入小行星接近段、交會段、近距探測段，在近距探測段按照“邊飛邊探、逐步逼近”原則，對小行星開展懸停、主動繞飛等探測，確定採樣區后進入採樣段。

　　完成採樣任務后，探測器將經歷返回等待段、返回轉移段，在返回轉移段接近地球，返回艙與主探測器分離，之后獨自進入再入回收段，預計於2027年底著陸地球並完成回收。此后，主探測器則繼續飛行，前往主帶彗星311P，開展后續探測任務。

　　配備精良裝備，才能精准“問天”。中國航天科技集團專家陳春亮介紹，天問二號探測器上配置了中視場彩色相機、多光譜相機等11台科學設備，助力探測器在飛行過程中對小行星和主帶彗星進行探測，獲取科學數據。

　　由於小天體引力非常弱小，堅硬表面易造成探測器反彈，而鬆散表面又難以阻止探測器下陷，探測器的控制必須精准。據介紹，探測器將採用“邊飛邊探邊決策”的策略，從距離目標天體約2000千米開始，基本自主開展目標天體精准捕獲、逐步接近、科學探測和樣品採集。

　　在取得小行星樣品后，科研人員將對樣品物理特性、化學與礦物成分、同位素組成和結構構造等方面開展研究測定。“通過天問二號任務實施，我們有望在這兩類小天體的認知、起源、演化等方面取得科學研究突破。”韓思遠說。

　　從探火到探星，“天問”不斷升級

　　天問一號成功探火后，天問二號又面臨哪些全新的難題？韓思遠介紹，天問一號是中國首次實施的火星探測任務，通過一次任務實現了火星“繞、著、巡”探測。天問二號與天問一號的探測目標不同，涉及的技術難點也不相同。

　　首先，天問二號要實現弱引力條件下的採樣。根據目前的觀測數據判斷，2016HO3小行星的平均直徑約41米，幾乎處於零重力環境，加之小行星處於高速自轉狀態，探測器需在這種復雜條件下，在有限時間內完成穩定附著及採樣，任務難度巨大。

　　天問二號任務距離跨度大也對工程提出了挑戰。2016HO3小行星距離地球約1800萬至4600萬公裡，311P主帶彗星距離地球約1.5億至5億公裡，因此通信存在較長延遲。距離地球遠、多目標探測、任務周期長，對軌道設計、能源管理、智能控制以及工作狀態的長壽命、高可靠等方面都提出了較高要求。

　　此外，探測目標天體特性存在不確定性。韓思遠說，根據現有觀測數據，對探測目標天體特性進行了計算，對於小行星2016HO3的自轉速度、表面狀態等具體情況仍存在一定的不確定性。

　　天問二號任務採用邊飛邊探邊決策的實施策略，提高了探測器智能化自主化程度。為有效應對2016HO3小行星特性的不確定性，同時盡最大可能獲取小行星樣品，天問二號共設計了觸碰、懸停、附著3種採樣模式。

　　深空探測是全球科技競爭的制高點。2021年，天問一號成功落火，中國通過一次發射，實現火星環繞、著陸、巡視探測三大任務。陸續取得的科學成果，豐富了人類對火星演化歷史、環境變化規律、火星表面典型地形地貌成因等的認知。從月球到行星及小行星探測，中國深空探測正在走向更遠、更深的新階段，不斷推動著人類對太陽系和宇宙的理解和探索。

　　根據計劃，中國還將在2028年前后及2030年前后陸續發射天問三號和天問四號。其中天問三號作為中國第二次火星探測任務，確立生命痕跡探尋為第一科學目標，將突破火面採樣、火面起飛上升、環火交會和行星保護等關鍵技術，實現火星樣品返回地球。天問四號則將對木星和木星的衛星進行研究，對木星空間和內部結構進行探測。

　　與此同時，天問三號任務將開展國際載荷合作、樣品和數據共享、未來規劃共同研究等三方面國際合作。隨著深空探測的時間表日漸清晰，中國人探索太空的腳步正邁得更大、更遠。

　　（本報電 喻思南、李儀、張未、劉峣）

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