天問二號踏上十年“追星之旅”，我國首次小行星探測與採樣返回任務正式開啓

【環球時報赴西昌特派記者 樊巍 鄧孝慈】編者的話：5月29日，我國在西昌衞星發射中心運用長征三號乙運載火箭，成功將行星探測工程天問二號探測器發射升空。火箭飛行約18分鐘後，將探測器送入地球至小行星2016HO3轉移軌道。此後，探測器太陽翼正常展開、相關機構順利解鎖，發射任務取得圓滿成功，我國首次小行星探測與採樣返回任務就此正式開啓。天問二號設計任務週期10年左右，主要目標是對小行星2016HO3進行探測、取樣並返回地球，此後再對主帶彗星311P開展科學探測。此次任務將有望為人類研究太陽系的早期狀態，以及太陽系和地球的演化過程提供珍貴的原始數據。

萬里挑一的“時間膠囊”

據《環球時報》記者瞭解，天問二號任務工程目標之一是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。科學目標則聚焦於測定小行星2016HO3和主帶彗星311P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；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；此外還將在實驗室對採樣樣品開展分析研究，測定樣品物理性質、化學與礦物成分和結構構造，開展小行星和太陽系早期的形成與演化研究。

“如果我們把空間探索的目標分類，小行星是小天體的一種，開展小行星探測的意義非常重大。”天問二號任務地面應用系統總師、中國科學院國家天文台研究員蘇彥在接受《環球時報》記者採訪時表示，2016HO3這樣的小行星主要形成於大概45億年前的太陽系早期，它的特點之一就是沒有經過地球演化過程中的物理或者化學上的重大改變，它始終保持原有的狀態和成分，被學界認為是宇宙的“活化石”，也叫“時間膠囊”，“它保留了我們太陽系早期的信息，從科學研究的角度而言具有非常大的價值。”

另一方面，研究小行星也將為人類認識地球的演化提供重要信息。天問二號任務副總師、中國科學院國家天文台研究員劉建軍向《環球時報》記者介紹稱，在地球形成之初並沒有水，許多科學家都認為地球上的水是小天體撞擊地球后帶來的，這對地球的演化起到一個非常重要的輸入作用。在地球的歷史上，小行星撞擊地球的事件都影響了地球的演化，所以研究小行星對於研究地球的演化過程也非常有意義。

“從科學角度而言，2016HO3非常稀缺，人類目前已知的小天體有上百萬顆，其中有3萬顆左右的近地小行星，近地小行星2016HO3是人類目前發現的7顆地球準衞星之一，選擇2016HO3相當於是萬里挑一。”劉建軍表示，選擇2016HO3開展探測和採樣的主要原因之一還在於它的特殊性。2016HO3和地球一同環繞太陽運轉，它的運行軌道和地球的運行軌道非常相似，軌道高度大概在2000萬到4億公里左右，從工程角度而言具有可達性。

按照計劃，天問二號除了對小行星2016HO3進行探測、取樣並返回地球，還將對主帶彗星311P開展科學探測。劉建軍介紹稱，311P的特點之一是它的軌道位於火星和木星之間小行星主帶內，它具有行星的特性，同時地面觀測到它具有類似彗星的噴發活動。它的這些特性決定了它在科學上具有重大的研究意義。

“主帶彗星還有另外一個名稱叫活躍小行星。小行星理論上是極巖性的，而彗星表現為極冰性，它的來源很有可能是在外太陽系比較冷的區域。”劉建軍表示，主帶彗星伴有噴發物，目前並不清楚這種噴發物是在小行星主帶這個區域裏產生，還是從外太陽系被捕獲形成的，人類此前並不掌握主帶彗星噴發物的狀態，但它非常具有科學研究價值。

邊飛邊探邊決策

天問二號任務整個飛行過程複雜且精細。據《環球時報》記者瞭解，根據任務規劃，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。

其中，小行星探測包括9個階段，大約耗時兩年半的時間。發射段順利完成後，探測器進入小行星轉移段，期間需實施深空機動、中途修正等操作直至距離小行星約3萬公里處。隨後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，確定採樣區後進入採樣段。完成採樣任務後，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，之後獨自進入再入回收段，預計於2027年底着陸地球並完成回收。主探測器則繼續飛行，耗費數年時間前往主帶彗星311P，開展後續任務。

“此次探測任務最大的挑戰在於對探測目標知之甚少，以及長任務週期對探測器壽命的考驗。”中國航天科技集團陳春亮接受《環球時報》記者採訪時介紹稱。目前人類對於天問二號探測的小行星2016HO3充滿未知，對其外貌、成分與構造都不清楚，其表面究竟是平整的，還是凸起的，這些未知性給此次探測任務和採樣工作都帶來了很多挑戰。此外，天問二號任務週期長達十年左右，這對探測器產品的壽命和可靠性提出了更嚴格的要求，這也是一個巨大的挑戰。 

小行星2016HO3的尺寸較小，目前的探測手段顯示，它的直徑在40-100米左右，採用地基望遠鏡很難觀測。較小尺寸給小行星採樣環節制造了極大的困難，中國航天科技集團曾福明向《環球時報》記者介紹稱，與此前嫦娥五號和六號月球採樣返回任務不同的是，嫦娥探測器是在月球表面有重力環境下進行採樣，此次小行星採樣則是在微重力環境下進行。如果2016HO3表面堅硬易造成探測器反彈，而表面鬆散又容易導致探測器下陷，這要求探測器的控制必須足夠精確、恰到好處。國家航天局探月與航天工程中心副主任、天問二號任務新聞發言人韓思遠介紹稱，天問二號項目團隊設計了三種採樣方式，除了觸碰採樣方式外，天問二號任務還將實施懸停採樣、附着採樣。此外，針對目標天體特性未知等難題，探測器還計劃採用“邊飛邊探邊決策”的策略，從距離目標天體約2000公里開始，基本自主開展目標天體精準捕獲、逐步接近、科學探測和樣品採集。陳春亮稱，“此次任務對於探測器的自主能力有更高的要求，天問二號需要飛得很遠，我們不可能即時獲取它的消息，天問二號可能需要自己去處置很多情況。”