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除了将近10年的任务期,还有人类尚未“抵达”的在小(xiǎo)天体表面稳定附着的“空白区”,天问二号的旅程注定充满冒险与(yǔ)挑战。
5月29日1时31分,长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心点火(diǎnhuǒ)起飞,随后将行星探测工程天问(tiānwèn)二号探测器送入预定轨道。
带着两个任务——探测小行星2016 HO3,完成采样任务并携样本返回地球;再次上路,奔向主带(zhǔdài)彗星311P。它将刷新中国深空探测器的(de)最远飞行距离纪录。这一长达十年的旅程,将引领(yǐnlǐng)我们揭开太阳系小天体的神秘面纱,也(yě)为(wèi)未来的火星取样返回任务、小行星防御在轨验证任务等铺就基石。
然而(ránér),小天体环境本身的不确定性,让任务变得与月球、火星等行星采样不同,天问二号将面临更多挑战(tiǎozhàn)。小行星(xiǎoxíngxīng)采样难在何处?5月30日,封面新闻采访了小行星研究专家(zhuānjiā)以及中国科学院紫金山天文台研究员季江徽。
充满未知的“振荡(zhèndàng)的天星” 2016 HO3
天问二号首先飞向地球的准卫星(wèixīng)2016 HO3。它于2016年被美国全景巡天望远镜和快速反应系统发现(fāxiàn)。其(qí)中“H”代表(dàibiǎo)发现的时间段(4月下半月),O3表示在该时间段内的发现顺序。其永久编号为469219,正式(zhèngshì)命名为Kamo'oalewa,源自夏威夷语,意为“振荡的天星” 。
墨子巡天望远镜在2024年(nián)3月29号拍到的(de)2016 HO3 (图片来源: 紫金山天文台)
“2016 HO3体积不大,估计直径仅有40到100米之间,大约(dàyuē)为足球场那么宽。它(tā)的(de)(de)自转周期仅约28分钟,旋转速度之快(zhīkuài),犹如一位矮小却身手敏捷的体操运动员不停地翻转。”2024年,由中国科学技术大学(dàxué)与中国科学院紫金山天文台联合研制的墨子巡天望远镜捕捉到了(le)2016 HO3的影像。“利用位于青海冷湖赛什腾山的2.5米大视场巡天望远镜观测到了目标”,季江徽(jìjiānghuī)告诉封面新闻,“获得了这颗小行星的轨道运动参数,但是对它的样子,对它的特性还一无所知。”
截至2025年5月,天文学家已确认地球拥有7颗准(kēzhǔn)卫星。2016 HO3是其中之一(zhīyī)。为什么要(yào)选择2016 HO3作为科学(kēxué)目标?它相对地球的最(zuì)近距离约1500万千米,最远距离约4500万千米。这颗目前处于与地球“共轨”特殊状态(zhuàngtài)的小行星,公转周期365.75天,几乎与地球同步,是迄今发现轨道最稳定的地球“准卫星”。解答它的身世(shēnshì)之谜,有可能解答小行星演化、太阳系历史之谜。
然而,因为微重力环境,对小行星特性的不确定,让探测器不能像(xiàng)“探火”“探月”那样直接着陆在行星表面,也面临(miànlín)更大挑战。
“因为小行星的微重力环境,探测器难以有效(yǒuxiào)附着,如果控制不好可能被弹飞或者倾覆,之前(zhīqián)欧洲‘罗塞塔’任务在彗星表面释放菲莱着陆器时,就发生了(le)弹跳,两个多小时(xiǎoshí)后才稳定下来,但落到了一处没有光照的悬崖下。”小行星研究专家李博士告诉记者。
“火星取样(qǔyàng)主要难点是(shì)着陆和起飞需要的燃料多,运输成本高,具体取样技术跟月球类似(lèisì),并且火星的采样地区都是提前选好,有(yǒu)清晰的照片。然而,小行星采样前,环境基本都是未知的,要面临很大的不确定性。”
天问二号任务(rènwù)示意图。国家航天局探月与航天工程中心制图
天问二号不能直接(zhíjiē)着陆,要不断试探、观察后(hòu),再择机选择采样点:它需要从地球(dìqiú)发射(fāshè)后,经过1年左右的轨道转移,再飞向小行星2016 HO3。“然后对小行星开展抵近探测,对其进行(jìnxíng)伴飞、绕飞,利用相机、光谱仪、雷达等科学载荷,获取目标小行星的大小、自转、形貌(xíngmào)、成分、结构等信息(xìnxī)。择机采集小行星的样品,携带样品返回地球,返回时间约半年。”李博士介绍。这个小行星究竟是松散的碎石堆结构,还是一块坚硬(jiānyìng)的独石,这些都需要探测清楚后,才能确保万无一失。
季江徽强调,抵近的距离是逐渐(zhújiàn)降低的,“要在确保探测器安全(ānquán)的情况下,观察目标小行星情况。”
在松散“碎石堆(duī)”或坚硬“独石”中找寻采样点
小天体引力微弱(ruò)(wēiruò),伴飞小天体需要探测器(tàncèqì)通过精确的轨道控制实现与目标“同步”,绕飞小天体则需要通过精确的主动控制实现。对于采样,弱引力无法自然“拉”近探测器,坚硬表面(biǎomiàn)易于造成探测器反弹(fǎndàn),而松散表面又难以阻止探测器下陷。对于附着,坚硬表面“无力可借”,松散表面又“无处着力”。
目前国外已实施的小(xiǎo)(xiǎo)天体采样任务采取了两种(liǎngzhǒng)方式,一是日本“隼鸟号(hào)”“隼鸟二号”任务,通过发射高速弹丸撞击小行星溅射起星表颗粒,探测器利用喇叭形装置(zhuāngzhì)近距离收集样品并迅速飞离;二是美国的“冥王号”任务,采用触碰采样方式,采样器短时接触小行星表面,同时用高速喷出的氮气将小颗粒样品吹入收集器中,然后迅速飞离。
天问二号取样(qǔyàng)方式(图片来源:中国空间技术研究院)
完成伴飞、附着(fùzhuó)、采样,要求探测器的控制必须足够精确地“恰到好处”方式。天问二号采取了悬停、触碰、附着三种取样方式。针对“砂石堆”型松散(sōngsǎn)结构表面采用(cǎiyòng)“触碰”采样,针对坚硬表面的风化层颗粒采用“悬停”采样,在(zài)条件许可的情况下实施附着采样,获取更(gèng)丰富的样品。
然而,不管前路有多少未知,天问二号(èrhào)出发了,带着人类对宇宙的(de)好奇,踏上漫漫征途。一起期待(qīdài)返回舱带回的关于“振荡的天星”2016 HO3的信息!





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