中国迈出小行星采样第一步，伸手去“摘”哪颗星

中青报·中青网(zhōngqīngwǎng)记者 邱晨辉

当人类将目光投向浩瀚(hàohàn)深空，或许没有什么比星际探索更(gèng)令人心驰神往，同时又需要倾注超乎想象的耐心与坚持。

眼下的天问二号任务，正是这样一场极致(jízhì)的探索之旅。

5月29日凌晨，西昌卫星发射中心，随着(suízhe)撼天动地的轰鸣划破长空(chángkōng)，天问二号探测器搭乘(dāchéng)长征三号乙运载火箭刺破云霄，踏上深空探测征程。

这是我国首次(shǒucì)小行星采样返回任务(rènwù)，也(yě)是继天问一号火星探测之后，又一次行星际探测任务。如果说月球探测仍未摆脱地球引力，那么行星际探测在某种意义上才真正称得上是走出地球“摇篮”。

这一“走”要持续约10年，跨越亿万公里(gōnglǐ)：天问二号探测器将先与近地小行星2016HO3“共舞”，完成(wánchéng)探测、取样及返回地球的“星际快递”使命；“分身”奔赴主带彗星311P的轨道(guǐdào)，开展对太阳系早期(zǎoqī)物质的“时空溯源”。

这场漫长的、需要极致耐心与坚韧毅力的星际(xīngjì)远征，有望在太阳系演化图谱上(shàng)镌刻下中国印记。

天问二号任务示意图。国家航天局探月与航天工程中心(zhōngxīn)制图

为何(wèihé)是2016HO3这颗小行星

星海无垠(wúyín)，为何选中这颗星？

天问二号任务地面应用系统总师、中国科学院国家天文台研究(yánjiū)员苏彦介绍，小行星2016HO3是人类目前(mùqián)发现的地球准卫星之一。其保留着太阳系诞生之初的原始(yuánshǐ)信息(xìnxī)，是研究太阳系早期物质组成、形成过程和演化历史的“活化石”，具有极高科研价值。

她(tā)告诉记者，天问二号的科学目标聚焦于测定小行星和(hé)主带彗星(huìxīng)的多项物理参数，一是测定小行星和主带彗星的轨道参数、自转参数、形状大小、热辐射特性等物理参数，开展轨道动力学研究；二是开展小行星和主带彗星的形貌、物质组分、内部结构以及可能的喷发物(pēnfāwù)等研究；三是开展样品的实验室分析研究，测定样品物理性质(wùlǐxìngzhì)、化学与矿物成分、同位素组成和结构构造(gòuzào)，开展小行星和太阳系早期的形成与演化(yǎnhuà)研究。

作为“地球的邻居”，这颗小行星位于距离地球约1800万至4600万公里的深空中，其(qí)轨道参数与地球几乎相同(xiāngtóng)，与地球同步绕太阳公转。距离地球最近的时候，也(yě)有地月距离的40多倍。

探测难度不言而喻。与火星探测不同(bùtóng)，小行星几乎不存在重力场，这导致航天器无法像环绕行星那样绕其飞行，只能在广袤宇宙中精准追踪并(bìng)追上目标天体，实现与小行星的同轨探测，进而完成相关操作(cāozuò)、择机实施(shíshī)采样。

国家航天局探月与(yǔ)航天工程中心有关专家介绍，天问二号任务共包含发射段(duàn)、小行星转移段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距探测(tàncè)段、小行星采样段、返回等待段、返回转移段、再入回收(huíshōu)段、主带(zhǔdài)彗星转移段、主带彗星接近段、主带彗星交会段、主带彗星近距探测段等13个飞行阶段。

其中，小行星探测和采样返回(fǎnhuí)包括9个阶段，发射段顺利完成后，探测器进入小行星转移段，这一阶段将持续约1年(nián)，其间需实施深空机动(jīdòng)、中途修正等操作，直至距离小行星约3万公里处。

随后依次进入小行星接近段、交会段、近距探测段，在近距探测段按照“边飞边探、逐步逼近”原则，对小行星开展悬停、主动绕飞等探测，确定采样区后进入采样段。完成采样任务后，探测器将经历返回(fǎnhuí)(fǎnhuí)等待段、返回转移(zhuǎnyí)段，在返回转移段接近地球，返回舱(fǎnhuícāng)与主探测器分离，之后独自进入再入回收(huíshōu)(huíshōu)段，预计于2027年底着陆地球并完成回收。

此后，主探测器继续(jìxù)飞行，前往主带彗星311P，开展后续探测任务(rènwù)。

这是一个运行于火星与木星轨道间小行星带内(dàinèi)的(de)小天体(tiāntǐ)，距离地球约1.5亿至5亿公里。在苏彦眼中，其兼具彗星的物质构成特征与小行星的轨道特征，开展探测有助于了解小天体的物质组成、结构以及演化机制，填补(tiánbǔ)太阳系小天体研究领域的空白。

对于它的探测(tàncè)，仍需时光沉淀。当前(dāngqián)，我们才迈出天问二号漫长探测过程的“第一步”。

小行星探测和(hé)采样返回“第一步”

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起飞，火箭飞行约18分钟后(hòu)，将探测器(tàncèqì)送入地球(dìqiú)至小行星2016HO3转移轨道。此后，探测器太阳翼正常展开，发射任务取得圆满成功(yuánmǎnchénggōng)。

这是该系列运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)首次执行地球逃逸轨道发射任务。

此前(cǐqián)，发射地球轨道范围内的(de)载荷，火箭分离速度为第一宇宙速度，即每秒7.9千米(qiānmǐ)。但此次任务中，火箭分离时速度超过(chāoguò)每秒11.2千米的第二宇宙速度，从而使探测器脱离地球引力，这需要极高的速度和能量。

中国航天科技集团魏远明表示，在综合考量火箭运载能力(nénglì)、履约能力和可靠性等(děng)因素后，最终(zuìzhōng)长征三号乙运载火箭成为此次小行星探测之旅的“专属座驾”。

他同时表示，小行星本身体积小、质量小、引力弱，捕获难度(nándù)大，对火箭(huǒjiàn)入轨精度要求极高。

中国航天科技集团张亦朴告诉记者，地球逃逸轨道高度高，火箭要挣脱地心引力(dìxīnyǐnlì)束缚所需的能量多、速度快(kuài)，不到万分之一速度差，都会造成探测器(tàncèqì)距离小行星百万公里级误差。

“火箭入轨时的速度超过每秒10公里，只有将(jiāng)误差(wùchā)控制在每秒1米之内才能将天问二号探测器精准送入轨道。”张亦朴说。

他打了个比方：这样的入轨精度，就好比在上海(shànghǎi)投出一个篮球(lánqiú)，要投中位于北京的篮筐，还要保证篮球入筐时的飞行角度和速度。

作为小行星探测的“天梯”，长征三号乙运载火箭要跑好小行星探测“第一棒(bàng)”，还面临一个挑战：任务发射窗口要求(yāoqiú)极高，5月29日起连续3天，每天只有4分钟(fēnzhōng)。

“由于目标小行星与地球的相对位置一直(yìzhí)在变化(biànhuà)，只有‘零(líng)窗口’发射最节省燃料。”张亦朴说，研制团队针对连续3天的发射窗口，将原本每天1套、共计3套的火箭飞行(fēixíng)程序，简化为一套程序，进一步提高火箭可靠性和任务适应性。

他告诉(gàosù)记者，小行星探测任务相比常规发射受到更多约束，涉及(shèjí)火箭、载荷、测控、空间、时间等方面，相关设计工作量(gōngzuòliàng)是以往的3倍，团队花费两年时间，经过多轮迭代优化(yōuhuà)，最终实现了最简化的设计方案。

“深空探测道阻且长，但我们终于迈出成功的第一步(dìyībù)。”张亦朴说。

在行星探测“旅途”中，天问二号探测器要脱离地球引力场，进入太阳(tàiyáng)系空间和宇宙空间进行探测，其中一个目标所在轨道与太阳间距将达到约3.74亿(yì)公里，较传统绕地球卫星与太阳之间的距离更远(yuǎn)。

“距离远、信号弱、延时大、频段高，这是深空探测(tàncè)任务的重要挑战(tiǎozhàn)。”中国(zhōngguó)电科网络通信研究院专家高延生告诉记者，为给天问二号探测器提供通信支撑，我国研制的喀什4x35米深空天线组阵系统等深空探测设备，将参与发射(fāshè)、探测、取样和返回等阶段。

此次任务操作涵盖探测、取样、返回等环节，对地面通信系统(xìtǒng)要求(yāoqiú)更高。

中国电科10所专家卢欧欣补充道，佳木斯66米深空测控站作为主力测控站点，在(zài)其他陆海(lùhǎi)测控站的配合下，将发挥超强“听诊器(tīngzhěnqì)”“遥控器”等(děng)作用，让航天器完成调整姿态、轨道修正、点火制动等动作。

在跨越亿万公里的星际征途(zhēngtú)中，精准导航至关重要。去年12月27日，我国在上海松江、西藏(xīzàng)日喀则、吉林长白山三地同步举行日喀则和长白山40米射电望远镜落成(luòchéng)启用仪式，横跨西南、东北的两大深空探测(tàncè)“巨眼”正式启用。

这两台望远镜的加入，同位于新疆乌鲁木齐和上海天马观测台站的望远镜一道“凝望”太空，加之上海数据处理中心(zhōngxīn)，构成我国甚长基线干涉(gānshè)测量(cèliáng)网参加天问二号任务。

在中国科学院上海天文台射电(shèdiàn)天文科学与技术研究室主任郑为民看来(kànlái)，我国甚长基线干涉测量网将像一组精准感受风筝方位的“智能牵线”——即使风筝飞入云端看不见，也能通过(tōngguò)多根“线”（望远镜）的协同感知，算出它的位置和轨迹，保障(bǎozhàng)小行星探测任务。

“这种跨越时空的(de)守望，可大幅提高探测器关键(guānjiàn)段轨道精度，描绘天问二号探测器的星际航线，以更少燃料飞向更远目标，让人类探索宇宙的每一步都走得更稳(gèngwěn)、更远。”郑为民说。

“实施天问二号任务，推动星际探测征程(zhēngchéng)接续前进，迈出了深空探测的新一步。”国家航天局局长单忠德说，任务实施周期长，风险难度大，后续(hòuxù)还将经历10余个飞行(fēixíng)阶段(jiēduàn)。期待天问二号按计划完成各项探测任务，取得更多原创科学成果，揭开更多宇宙奥秘，增进人类认知(rènzhī)。

发射成功仅是序章。接下来，是一个(yígè)十年之约。

中国青年报(zhōngguóqīngniánbào)客户端西昌5月29日电

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