5月29日凌晨，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭托舉行星探測(cè)工程天問二號(hào)探測(cè)器直沖霄漢。
問天求索，我國(guó)首次小行星探測(cè)與采樣返回之旅正式啟程！
天問二號(hào)任務(wù)設(shè)計(jì)周期10年左右，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開展科學(xué)探測(cè)。這是繼探月、探火后，中國(guó)人在浩瀚星宇的又一次重要探索之旅。茫茫星海，為何選擇“追”這兩顆星？它們有什么特別之處？天問二號(hào)又會(huì)面臨怎樣的困難？
十年時(shí)間“一箭雙雕”
天問二號(hào)總的任務(wù)周期大約是10年，其中用兩年半左右的時(shí)間完成對(duì)小行星2016HO3的伴飛、取樣并返回地球。此后則會(huì)繼續(xù)它的第二項(xiàng)任務(wù)：對(duì)主帶彗星311P的伴飛探測(cè)。為什么選定這兩個(gè)星體作為探測(cè)目標(biāo)？它們有什么特殊之處？
2016年，美國(guó)夏威夷的泛星計(jì)劃巡天望遠(yuǎn)鏡首次在浩瀚星空中捕捉到了2016HO3的蹤跡，這顆小行星也由此得名——2016代表發(fā)現(xiàn)的年份，HO3則表示小行星在4月下旬被發(fā)現(xiàn)的順序編號(hào)。后來，這顆小行星還被賦予了一個(gè)浪漫的夏威夷語名字：Kamo'oalewa，意為“振蕩的天體碎片”。
上海天文館副研究館員、上海市天文學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)施韡介紹，2016HO3小行星是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆地球準(zhǔn)衛(wèi)星，但它并不是地球的天然衛(wèi)星，而是一顆參數(shù)與地球比較接近的小行星，從地球看它仿佛在繞著地球轉(zhuǎn)圈。
“科學(xué)家懷疑它是從月球上撞出來的碎片，如果能順利獲取2016HO3的樣品，那么和月球樣品做下比較，有望解開它的身世之謎，看看它是不是月球的‘親戚’。”施韡解釋，“如果說它跟月球樣品差異很大，那就要懷疑其他起源的可能性了。所以2016 HO3身上或許藏著月球形成之謎以及軌道演化歷史等科學(xué)問題。”
而311P在2013年被發(fā)現(xiàn)，是人類確認(rèn)的第七顆主帶彗星，身處火星與木星之間的小行星帶。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，彗星一般來自太陽系邊緣，包含著大量的冰物質(zhì)。當(dāng)它們靠近太陽時(shí)，內(nèi)部冰物質(zhì)受熱蒸發(fā)，會(huì)形成壯麗的彗尾。但311P“定居”的小行星帶很靠近太陽了，被普遍認(rèn)為難以保留水冰等揮發(fā)性物質(zhì)。主帶彗星打破了天文學(xué)家的固有認(rèn)知。
“對(duì)311P開展探測(cè)，有助于了解小天體的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)，還有太陽系物質(zhì)分布和演化歷史等問題。”施韡稱。
“走鋼絲”般新技術(shù)或帶回驚喜
月球是地球的衛(wèi)星，距離地球大約38萬公里，而小行星2016HO3即便是距離地球最近的時(shí)候，也相當(dāng)于地月距離的大約30—40倍。而主帶彗星311P的位置則更加遙遠(yuǎn)。對(duì)如此遙遠(yuǎn)的星體進(jìn)行伴飛，還要對(duì)小行星進(jìn)行取樣返回，天問二號(hào)會(huì)面臨怎樣的困難？
在天問二號(hào)之前，日本“隼鳥號(hào)”“隼鳥2號(hào)”，美國(guó)“奧西里斯王號(hào)”等都曾執(zhí)行過小行星采樣任務(wù)，那天問二號(hào)會(huì)有何不同呢？據(jù)了解，日美探測(cè)器采用的“觸碰即走”模式，本質(zhì)是“擦邊球式采樣”。天問二號(hào)將開創(chuàng)性地采用三種不同的采樣方式：觸碰采樣、懸停采樣、附著采樣——后兩者都是國(guó)際上沒有先例的。這樣“走鋼絲”般的新技術(shù)能提高采樣成功的可能性，三種采樣方式“總有一款適合”，也有望采集到不同類型的樣品，如星壤、礫石、石塊等。
“采樣難度非常大。”施韡表示，“小行星質(zhì)量很小，引力非常微弱，著陸（附著）時(shí)稍有不慎就會(huì)彈飛；此外，小行星布滿碎石，能落腳的地方不多；加之人類對(duì)2016 HO3 的情況知之甚少，需要等探測(cè)器抵近觀察后制定具體方案。”
據(jù)稱，天問二號(hào)預(yù)計(jì)將采集超過100克樣品。值得一提的是，“回家”之旅中，天問二號(hào)的返回艙將以12千米/秒（超第二宇宙速度）再入大氣層，承受315焦耳/平方米的極端高溫。相比之下，嫦娥五號(hào)的再入速度為11公里/秒，且采用“彈道—升力式”減速，而天問二號(hào)只能依賴“純彈道式硬扛”——這種“暴力美學(xué)”背后，是我國(guó)在“超高溫材料”和“氣動(dòng)設(shè)計(jì)”上的突破。
金牌火箭護(hù)航問天之旅
此次，天問二號(hào)從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心踏上“問天”之旅，選擇的火箭是長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭。
據(jù)介紹，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭是一款“金牌火箭”——它是我國(guó)唯一一款執(zhí)行過超百次發(fā)射任務(wù)的火箭，不僅發(fā)射過北斗、嫦娥，還發(fā)射過像風(fēng)云、天鏈等衛(wèi)星。
長(zhǎng)三乙是長(zhǎng)征三號(hào)系列火箭三兄弟里面力氣最大的。它的地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力達(dá)到5.55噸，這個(gè)運(yùn)載能力和天問二號(hào)探測(cè)器（重2.6噸）的質(zhì)量要求更為貼合，所以性價(jià)比高也就讓它成為這次任務(wù)的不二之選。
“小行星本身的體積小、質(zhì)量小、引力弱，捕獲難度大，對(duì)火箭的入軌精度要求極高。這次火箭入軌速度達(dá)到11.2千米/秒，同時(shí)偏差不能超過1米/秒，難度系數(shù)是非常大的。這也是選擇長(zhǎng)征三號(hào)乙這款‘金牌火箭’的一個(gè)重要原因。”施韡解釋。
深空探測(cè)是全球科技競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。2021年，天問一號(hào)成功落火，我國(guó)通過一次發(fā)射，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸、巡視探測(cè)三大任務(wù)，在世界航天史上尚屬首次。根據(jù)計(jì)劃，在今年發(fā)射天問二號(hào)之后，中國(guó)還將在2028年前后及2030年前后陸續(xù)發(fā)射天問三號(hào)和天問四號(hào)。其中天問三號(hào)作為中國(guó)第二次火星探測(cè)任務(wù)，確立生命痕跡探尋為第一科學(xué)目標(biāo)，將突破火面采樣、火面起飛上升、環(huán)火交會(huì)和行星保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，挑戰(zhàn)將火星樣品帶回地球；天問四號(hào)則將對(duì)木星和木星的衛(wèi)星進(jìn)行研究，對(duì)木星空間和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)。
5月29日凌晨，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭托舉行星探測(cè)工程天問二號(hào)探測(cè)器直沖霄漢。
問天求索，我國(guó)首次小行星探測(cè)與采樣返回之旅正式啟程！
天問二號(hào)任務(wù)設(shè)計(jì)周期10年左右，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開展科學(xué)探測(cè)。這是繼探月、探火后，中國(guó)人在浩瀚星宇的又一次重要探索之旅。茫茫星海，為何選擇“追”這兩顆星？它們有什么特別之處？天問二號(hào)又會(huì)面臨怎樣的困難？
十年時(shí)間“一箭雙雕”
天問二號(hào)總的任務(wù)周期大約是10年，其中用兩年半左右的時(shí)間完成對(duì)小行星2016HO3的伴飛、取樣并返回地球。此后則會(huì)繼續(xù)它的第二項(xiàng)任務(wù)：對(duì)主帶彗星311P的伴飛探測(cè)。為什么選定這兩個(gè)星體作為探測(cè)目標(biāo)？它們有什么特殊之處？
2016年，美國(guó)夏威夷的泛星計(jì)劃巡天望遠(yuǎn)鏡首次在浩瀚星空中捕捉到了2016HO3的蹤跡，這顆小行星也由此得名——2016代表發(fā)現(xiàn)的年份，HO3則表示小行星在4月下旬被發(fā)現(xiàn)的順序編號(hào)。后來，這顆小行星還被賦予了一個(gè)浪漫的夏威夷語名字：Kamo'oalewa，意為“振蕩的天體碎片”。
上海天文館副研究館員、上海市天文學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)施韡介紹，2016HO3小行星是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆地球準(zhǔn)衛(wèi)星，但它并不是地球的天然衛(wèi)星，而是一顆參數(shù)與地球比較接近的小行星，從地球看它仿佛在繞著地球轉(zhuǎn)圈。
“科學(xué)家懷疑它是從月球上撞出來的碎片，如果能順利獲取2016HO3的樣品，那么和月球樣品做下比較，有望解開它的身世之謎，看看它是不是月球的‘親戚’。”施韡解釋，“如果說它跟月球樣品差異很大，那就要懷疑其他起源的可能性了。所以2016 HO3身上或許藏著月球形成之謎以及軌道演化歷史等科學(xué)問題。”
而311P在2013年被發(fā)現(xiàn)，是人類確認(rèn)的第七顆主帶彗星，身處火星與木星之間的小行星帶。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，彗星一般來自太陽系邊緣，包含著大量的冰物質(zhì)。當(dāng)它們靠近太陽時(shí)，內(nèi)部冰物質(zhì)受熱蒸發(fā)，會(huì)形成壯麗的彗尾。但311P“定居”的小行星帶很靠近太陽了，被普遍認(rèn)為難以保留水冰等揮發(fā)性物質(zhì)。主帶彗星打破了天文學(xué)家的固有認(rèn)知。
“對(duì)311P開展探測(cè)，有助于了解小天體的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)，還有太陽系物質(zhì)分布和演化歷史等問題。”施韡稱。
“走鋼絲”般新技術(shù)或帶回驚喜
月球是地球的衛(wèi)星，距離地球大約38萬公里，而小行星2016HO3即便是距離地球最近的時(shí)候，也相當(dāng)于地月距離的大約30—40倍。而主帶彗星311P的位置則更加遙遠(yuǎn)。對(duì)如此遙遠(yuǎn)的星體進(jìn)行伴飛，還要對(duì)小行星進(jìn)行取樣返回，天問二號(hào)會(huì)面臨怎樣的困難？
在天問二號(hào)之前，日本“隼鳥號(hào)”“隼鳥2號(hào)”，美國(guó)“奧西里斯王號(hào)”等都曾執(zhí)行過小行星采樣任務(wù)，那天問二號(hào)會(huì)有何不同呢？據(jù)了解，日美探測(cè)器采用的“觸碰即走”模式，本質(zhì)是“擦邊球式采樣”。天問二號(hào)將開創(chuàng)性地采用三種不同的采樣方式：觸碰采樣、懸停采樣、附著采樣——后兩者都是國(guó)際上沒有先例的。這樣“走鋼絲”般的新技術(shù)能提高采樣成功的可能性，三種采樣方式“總有一款適合”，也有望采集到不同類型的樣品，如星壤、礫石、石塊等。
“采樣難度非常大。”施韡表示，“小行星質(zhì)量很小，引力非常微弱，著陸（附著）時(shí)稍有不慎就會(huì)彈飛；此外，小行星布滿碎石，能落腳的地方不多；加之人類對(duì)2016 HO3 的情況知之甚少，需要等探測(cè)器抵近觀察后制定具體方案。”
據(jù)稱，天問二號(hào)預(yù)計(jì)將采集超過100克樣品。值得一提的是，“回家”之旅中，天問二號(hào)的返回艙將以12千米/秒（超第二宇宙速度）再入大氣層，承受315焦耳/平方米的極端高溫。相比之下，嫦娥五號(hào)的再入速度為11公里/秒，且采用“彈道—升力式”減速，而天問二號(hào)只能依賴“純彈道式硬扛”——這種“暴力美學(xué)”背后，是我國(guó)在“超高溫材料”和“氣動(dòng)設(shè)計(jì)”上的突破。
金牌火箭護(hù)航問天之旅
此次，天問二號(hào)從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心踏上“問天”之旅，選擇的火箭是長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭。
據(jù)介紹，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭是一款“金牌火箭”——它是我國(guó)唯一一款執(zhí)行過超百次發(fā)射任務(wù)的火箭，不僅發(fā)射過北斗、嫦娥，還發(fā)射過像風(fēng)云、天鏈等衛(wèi)星。
長(zhǎng)三乙是長(zhǎng)征三號(hào)系列火箭三兄弟里面力氣最大的。它的地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力達(dá)到5.55噸，這個(gè)運(yùn)載能力和天問二號(hào)探測(cè)器（重2.6噸）的質(zhì)量要求更為貼合，所以性價(jià)比高也就讓它成為這次任務(wù)的不二之選。
“小行星本身的體積小、質(zhì)量小、引力弱，捕獲難度大，對(duì)火箭的入軌精度要求極高。這次火箭入軌速度達(dá)到11.2千米/秒，同時(shí)偏差不能超過1米/秒，難度系數(shù)是非常大的。這也是選擇長(zhǎng)征三號(hào)乙這款‘金牌火箭’的一個(gè)重要原因。”施韡解釋。
深空探測(cè)是全球科技競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。2021年，天問一號(hào)成功落火，我國(guó)通過一次發(fā)射，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸、巡視探測(cè)三大任務(wù)，在世界航天史上尚屬首次。根據(jù)計(jì)劃，在今年發(fā)射天問二號(hào)之后，中國(guó)還將在2028年前后及2030年前后陸續(xù)發(fā)射天問三號(hào)和天問四號(hào)。其中天問三號(hào)作為中國(guó)第二次火星探測(cè)任務(wù)，確立生命痕跡探尋為第一科學(xué)目標(biāo)，將突破火面采樣、火面起飛上升、環(huán)火交會(huì)和行星保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，挑戰(zhàn)將火星樣品帶回地球；天問四號(hào)則將對(duì)木星和木星的衛(wèi)星進(jìn)行研究，對(duì)木星空間和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)。
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