“天問二號”十年星際征程，要闖哪些關？

◎本報記者 付毅飛 何沛蓯

5月29日凌晨，長征三號乙Y110運載火箭從中國西昌衞星發射中心點火升空，將行星探測工程天問二號探測器送入地球至小行星2016HO3轉移軌道，開啓小行星探測與採樣返回之旅。

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，天問二號任務是我國首次實施行星際取樣返回任務，計劃對小行星2016HO3開展伴飛探測和取樣返回，並飛至小行星帶對311P主帶彗星開展科學探測活動。任務以採集小行星樣品並返回地球作為成功標誌。

記者從國家航天局瞭解到，天問二號任務整個飛行過程複雜且精細，包含13個飛行階段，設計任務週期10年左右。

為何挑戰雙星探測？

加深對小天體起源演化認知

天問二號任務艱鉅複雜，包含多項特點和亮點。

2016HO3是地球的一顆“準衞星”，其穩定運行於地球軌道附近，公轉週期與地球公轉週期接近。根據前期科學研究，該小行星很有可能保留着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的科研價值。

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徵和小行星的軌道特徵。對該主帶彗星進行探測，能夠促進對小天體物質組成、結構以及演化機制的探索。

針對上述科學探索任務，天問二號探測器攜帶了11台科學載荷，將對相關天體地貌、物質組分、內部結構、可能的噴發物以及軌道力學等方面開展研究。如果成功取回科學樣品，科技人員將對樣品物理特性、化學與礦物成分等方面開展研究測定。

“我們希望通過天問二號任務實施，能夠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。”韓思遠説。

到小行星“挖土”有多難？

微重力環境下采樣無處着力

相比我國此前實施的月球、火星探測任務，天問二號任務的探測目標不同，涉及的技術難點也不相同。

一是任務距離跨度大。2016HO3小行星距離地球約1800萬至4600萬公里，311P主帶彗星距離地球約1.5億至5億公里，通信存在較長延遲。距離遠、目標多、週期長，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很高要求。

二是目標天體特性存在未知。根據現有觀測數據，2016HO3小行星的自轉速度、表面狀態等具體情況尚存不確定性。對此，科研團隊為探測器制定了“邊飛邊探邊決策”的策略，提高了探測器智能化自主化程度，並設計了3種採樣方式，以應對相關不確定因素。

三是弱引力條件下采樣。相比“嫦娥”在月球上挖土時的表取和鑽取，小行星的微重力環境會讓探測器無處着力。據判斷，2016HO3小行星的平均直徑約41米，幾乎是零重力，而且處於高速自轉狀態。在這種複雜條件下，探測器要利用有限時間完成穩定附着及採樣，任務難度極大。為盡最大努力獲取樣品，天問二號將嘗試多種採樣方式。

獲取樣品後，天問二號探測器將等待合適的時機，把樣品送回地球。接近地球時，裝着樣品的返回艙將與主探測器分離，獨自再入地球大氣層。如果一切順利，大概在2027年底，科學家就能簽收這份小行星“土特產”。而投送完“包裹”的天問二號則要繼續飛行，前往主帶彗星311P，開展後續科學探測任務。

入軌精度要求有多高？

好比從北京投籃命中上海籃筐

當日實施的發射，長征三號甲系列運載火箭首次執行地球逃逸軌道發射任務，其中頗有講究。

記者從中國航天科技集團一院瞭解到，以往地球軌道範圍內的發射任務，火箭分離速度為大約每秒7.9千米的第一宇宙速度，而在此次任務中，火箭分離速度需超過約每秒11.2千米的第二宇宙速度。在綜合考量火箭運載能力、履約能力和可靠性等因素後，長征三號乙運載火箭被選為天問二號的“座駕”。

由於小行星體積小、質量小、引力弱，捕獲難度大，對火箭入軌精度要求極高。發射任務中，火箭入軌速度在達到約每秒11.2千米的基礎上，還要保證與設計所要求速度的偏差不能超過1米，否則可能給探測器帶來百萬公里級的誤差。專家形容，這樣的入軌精度，就好比在北京投出一個籃球，要投進位於上海的籃筐，還要保證籃球入筐時的飛行角度和速度。為此，火箭團隊在採用迭代制導技術的基礎上，運用了末速修正技術，在分離前即時調整火箭的速度、姿態等，確保滿足入軌精度要求。