天問(wèn)一號(hào)后深空探測(cè)邁新步 天問(wèn)二號(hào)向小行星進(jìn)發(fā)

繼天問(wèn)一號(hào)之后，深空探測(cè)邁新步 天問(wèn)二號(hào)，向小行星進(jìn)發(fā)！

圖表來(lái)源：國(guó)家航天局探月與航天工程中心

5月29日凌晨，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，行星探測(cè)工程天問(wèn)二號(hào)探測(cè)器成功發(fā)射，飛往浩瀚深空，開(kāi)啟小行星探測(cè)與采樣返回之旅。

據(jù)介紹，天問(wèn)二號(hào)主要任務(wù)目標(biāo)是對(duì)小行星2016HO3進(jìn)行探測(cè)、取樣并返回地球，此后再對(duì)主帶彗星311P開(kāi)展科學(xué)探測(cè)，其間共包含13個(gè)飛行階段，計(jì)劃最遠(yuǎn)到達(dá)距離地球約1.5億至5億公里處，我國(guó)深空探測(cè)邁出新一步。

有望拓展對(duì)小天體的科學(xué)認(rèn)知

國(guó)家航天局探月與航天工程中心副主任、天問(wèn)二號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人韓思遠(yuǎn)介紹，天問(wèn)二號(hào)主要任務(wù)目標(biāo)是對(duì)小行星2016HO3進(jìn)行探測(cè)、取樣并返回地球，此后再對(duì)主帶彗星311P開(kāi)展科學(xué)探測(cè)。任務(wù)以采集小行星樣品并返回地球作為成功標(biāo)志。

天問(wèn)二號(hào)任務(wù)工程目標(biāo)是突破弱引力天體表面取樣、高精度相對(duì)自主導(dǎo)航與控制、小推力轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)為小行星起源及演化等前沿科學(xué)研究提供探測(cè)數(shù)據(jù)和珍貴樣品。

天問(wèn)二號(hào)科學(xué)目標(biāo)則聚焦于測(cè)定小行星和主帶彗星的多項(xiàng)物理參數(shù)。包括測(cè)定小行星和主帶彗星的軌道參數(shù)、自轉(zhuǎn)參數(shù)、形狀大小、熱輻射特性等物理參數(shù)，開(kāi)展軌道動(dòng)力學(xué)研究；開(kāi)展小行星和主帶彗星的形貌、物質(zhì)組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及可能的噴發(fā)物等研究；開(kāi)展樣品的實(shí)驗(yàn)室分析研究，測(cè)定樣品物理性質(zhì)、化學(xué)與礦物成分、同位素組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，開(kāi)展小行星和太陽(yáng)系早期的形成與演化研究。

據(jù)介紹，天問(wèn)二號(hào)探測(cè)器上配置了中視場(chǎng)彩色相機(jī)、多光譜相機(jī)、可見(jiàn)紅外成像光譜儀、熱輻射光譜儀、探測(cè)雷達(dá)等11臺(tái)科學(xué)設(shè)備，助力探測(cè)器獲取科學(xué)數(shù)據(jù)。“通過(guò)天問(wèn)二號(hào)任務(wù)實(shí)施，我們有望在這兩類小天體的認(rèn)知、起源、演化等方面取得科學(xué)研究突破。”韓思遠(yuǎn)說(shuō)。

邊飛邊探邊決策探測(cè)器更智能

據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)曾福明介紹，天問(wèn)二號(hào)任務(wù)設(shè)計(jì)周期10年左右，共包含發(fā)射段、小行星轉(zhuǎn)移段、小行星接近段、小行星交會(huì)段、小行星近距探測(cè)段、小行星采樣段、返回等待段、返回轉(zhuǎn)移段、再入回收段、主帶彗星轉(zhuǎn)移段、主帶彗星接近段、主帶彗星交會(huì)段、主帶彗星近距探測(cè)段等13個(gè)飛行階段，技術(shù)難度大，工程風(fēng)險(xiǎn)高。

其中，小行星2016HO3探測(cè)包括9個(gè)階段，發(fā)射段順利完成后，探測(cè)器進(jìn)入小行星轉(zhuǎn)移段。這一階段將持續(xù)約1年，其間需實(shí)施深空機(jī)動(dòng)、中途修正等操作，直至距離小行星約3萬(wàn)公里處。隨后依次進(jìn)入小行星接近段、交會(huì)段、近距探測(cè)段，在近距探測(cè)段按照“邊飛邊探、逐步逼近”原則，對(duì)小行星開(kāi)展懸停、主動(dòng)繞飛等探測(cè)，確定采樣區(qū)后進(jìn)入采樣段。

完成采樣任務(wù)后，探測(cè)器將經(jīng)歷返回等待段、返回轉(zhuǎn)移段，在返回轉(zhuǎn)移段接近地球，返回艙與主探測(cè)器分離，之后獨(dú)自進(jìn)入再入回收段，預(yù)計(jì)于2027年底著陸地球并完成回收。此后，主探測(cè)器則繼續(xù)飛行，前往主帶彗星311P，開(kāi)展后續(xù)探測(cè)任務(wù)。

據(jù)介紹，天問(wèn)二號(hào)任務(wù)采用邊飛邊探邊決策的實(shí)施策略，提高了探測(cè)器智能化自主化程度。為有效應(yīng)對(duì)小行星2016HO3特性的不確定性，同時(shí)盡最大可能獲取小行星樣品，天問(wèn)二號(hào)共設(shè)計(jì)了觸碰、懸停、附著3種采樣模式。

長(zhǎng)三乙火箭首次執(zhí)行地球逃逸軌道發(fā)射

作為中國(guó)深空探測(cè)的重要任務(wù)之一，天問(wèn)二號(hào)任務(wù)在深空通信、測(cè)控以及自主導(dǎo)航等方面吸納了前期任務(wù)相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)，在總體設(shè)計(jì)思路方面也繼承了有關(guān)模塊化設(shè)計(jì)理念。在具體載荷配置上，根據(jù)小行星2016HO3和主帶彗星311P科學(xué)探測(cè)需求，有針對(duì)性地開(kāi)展了相關(guān)載荷的研發(fā)設(shè)計(jì)等工作。

中國(guó)航天科技集團(tuán)所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制的長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭是天問(wèn)二號(hào)探測(cè)器的“專屬座駕”，這也是該火箭首次執(zhí)行地球逃逸軌道發(fā)射。作為我國(guó)高軌發(fā)射的主力火箭，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭此前已完成108次發(fā)射，曾執(zhí)行過(guò)嫦娥三號(hào)、嫦娥四號(hào)等探月工程任務(wù)。

專家介紹，小行星體積小、質(zhì)量小、引力弱，捕獲難度大，對(duì)火箭入軌精度要求極高。此次火箭入軌速度達(dá)到每秒11.2千米的同時(shí)，速度偏差不能超過(guò)1米，否則可能會(huì)造成百萬(wàn)公里的級(jí)差。

“這樣的入軌精度，就好比在北京投出一個(gè)籃球，要投中位于上海的籃筐，還要保證籃球入筐時(shí)的飛行角度和速度。”中國(guó)航天科技集團(tuán)魏遠(yuǎn)明解釋，為此，研制團(tuán)隊(duì)在采用迭代制導(dǎo)技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了末速修正技術(shù)，在分離前實(shí)時(shí)調(diào)整火箭的速度、姿態(tài)等，確保滿足入軌精度要求。

行星探測(cè)工程天問(wèn)二號(hào)任務(wù)指揮部總指揮長(zhǎng)、國(guó)家航天局局長(zhǎng)單忠德表示，國(guó)家航天局深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)重要論述和重要指示批示精神，牽頭實(shí)施天問(wèn)二號(hào)任務(wù)，推動(dòng)星際探測(cè)征程接續(xù)前進(jìn)，邁出了深空探測(cè)的新一步。期待天問(wèn)二號(hào)按計(jì)劃完成各項(xiàng)探測(cè)任務(wù)，取得更多原創(chuàng)科學(xué)成果，揭開(kāi)更多宇宙奧秘，增進(jìn)人類認(rèn)知。

為什么選擇探測(cè)小行星2016HO3和主帶彗星311P？

小行星2016HO3是地球的一顆“準(zhǔn)衛(wèi)星”，穩(wěn)定運(yùn)行于地球軌道附近，公轉(zhuǎn)周期與地球公轉(zhuǎn)周期接近。該小行星軌道相對(duì)穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)前期的軌道設(shè)計(jì)，探測(cè)器需相對(duì)較低的能量即可抵達(dá)，為接續(xù)開(kāi)展主帶彗星311P探測(cè)提供可行方案。

根據(jù)前期科學(xué)研究，小行星2016HO3很有可能保留著太陽(yáng)系誕生之初的原始信息，對(duì)研究太陽(yáng)系早期物質(zhì)組成、形成過(guò)程和演化歷史具有極高科研價(jià)值。

主帶彗星311P是運(yùn)行于火星與木星軌道之間小行星帶中的小天體，同時(shí)具有傳統(tǒng)彗星的物質(zhì)構(gòu)成特征和小行星的軌道特征。對(duì)該主帶彗星進(jìn)行探測(cè)，能夠促進(jìn)我們對(duì)小天體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)以及演化機(jī)制等探索。

與天問(wèn)一號(hào)任務(wù)相比，天問(wèn)二號(hào)任務(wù)難在哪？

作為中國(guó)首次實(shí)施的火星探測(cè)任務(wù)，天問(wèn)一號(hào)通過(guò)一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)了火星“繞、著、巡”探測(cè)。而天問(wèn)二號(hào)探測(cè)目標(biāo)不同，涉及技術(shù)難點(diǎn)也不同。

首先，天問(wèn)二號(hào)要實(shí)現(xiàn)弱引力條件下的采樣。根據(jù)目前觀測(cè)數(shù)據(jù)判斷，小行星2016HO3平均直徑約41米，幾乎處于零重力環(huán)境，同時(shí)處于高速自轉(zhuǎn)狀態(tài)，探測(cè)器需在有限時(shí)間內(nèi)完成穩(wěn)定附著及采樣，任務(wù)難度巨大。

其次，天問(wèn)二號(hào)任務(wù)距離跨度大。小行星2016HO3距離地球約1800萬(wàn)至4600萬(wàn)公里，主帶彗星311P距離地球約1.5億至5億公里，因此通信存在較長(zhǎng)延遲。距離地球遠(yuǎn)、多目標(biāo)探測(cè)、任務(wù)周期長(zhǎng)，對(duì)軌道設(shè)計(jì)、能源管理、智能控制以及工作狀態(tài)的長(zhǎng)壽命、高可靠等方面都提出較高要求。

此外，探測(cè)目標(biāo)天體特性存在不確定性。根據(jù)現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)于小行星2016HO3的自轉(zhuǎn)速度、表面狀態(tài)等具體情況仍存在一定的不確定性。

為何選擇長(zhǎng)三乙運(yùn)載火箭？

以往發(fā)射地球軌道范圍內(nèi)的載荷，火箭分離速度為第一宇宙速度，即每秒7.9千米。此次任務(wù)中，火箭分離時(shí)速度超過(guò)每秒11.2千米的第二宇宙速度，從而使探測(cè)器脫離地球引力，這需要極高的速度和能量。綜合考量火箭運(yùn)載能力、履約能力和可靠性等因素后，最終選擇長(zhǎng)三乙運(yùn)載火箭承擔(dān)本次任務(wù)。（喻思南 李儀 張未）

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