“天问二号”开启探险 小行星采样和火星采样有什么不同？｜科技观察

除了将近(jiāngjìn)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挑战。 5月29日1时31分，长征三号乙运载火箭在(zài)西昌卫星发射中心点火起飞，随后将行星探测工程天问二号探测器送入预定(yùdìng)轨道。 带着两个任务(rènwù)——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，奔向主带彗星311P。它将(jiāng)刷新(shuāxīn)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，将引领我们揭开太阳系小天体的神秘面纱(miànshā)，也为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，小天体环境本身的不确定性，让(ràng)任务变得与(yǔ)月球、火星等行星采样不同，天问二号将面临更多挑战。小行星采样难(nán)在何处？5月30日(rì)，封面新闻采访了小行星研究专家以及中国科学院紫金山天文台研究员季江徽。 充满未知的“振荡的天星(tiānxīng)” 2016 HO3 天问二号首先飞向地球的准卫星(wèixīng)2016 HO3。它于2016年(nián)被美国全景巡天望远镜和(hé)快速反应系统(xìtǒng)发现。其中“H”代表发现的时间段（4月下半月），O3表示在该时间段内的发现顺序(shùnxù)。其永久编号为469219，正式命名为Kamo'oalewa，源自夏威夷语，意为“振荡的天星” 。 墨子巡天望远镜在(zài)2024年3月29号拍到的2016 HO3 （图片来源: 紫金山天文台(zǐjīnshāntiānwéntái)） “2016 HO3体积不大，估计直径仅有40到100米(mǐ)之间，大约(dàyuē)为足球场那么宽。它的自转周期仅约28分钟，旋转速度之快，犹如一位(yīwèi)矮小却(què)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与中国科学院紫金山天文台联合研制的墨子巡天望远镜(wàngyuǎnjìng)捕捉到了2016 HO3的影像(yǐngxiàng)。“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”，季江徽告诉封面新闻，“获得了这颗小行星的轨道运动参数(cānshù)，但是对(duì)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(dìqiú)拥有7颗准卫星。2016 HO3是其中之一。为什么要选择(xuǎnzé)2016 HO3作为科学目标？它相对地球的最近距离约(yuē)(yuē)1500万千米，最远距离约4500万千米。这颗目前处于与地球“共轨”特殊状态的小行星，公转(gōngzhuàn)周期365.75天，几乎与地球同步，是迄今发现轨道(guǐdào)最稳定(wěndìng)的地球“准卫星”。解答它的身世之谜，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(huánjìng)，对小行星特性的不确定，让探测器不能像“探火”“探月”那样直接着陆在行星表面，也面临更大挑战(tiǎozhàn)。 “因为小行星的微重力环境，探测器难以有效附着，如果控制不好可能被弹飞或者倾覆，之前欧洲‘罗塞塔’任务在彗星(huìxīng)表面释放菲莱着陆器时，就发生了弹跳，两个多小时后才稳定下来(wěndìngxiàlái)，但(dàn)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(jìzhě)。 “火星取样主要难点是(shì)着陆和起飞需要的燃料多，运输成本(yùnshūchéngběn)高，具体取样技术跟月球(yuèqiú)类似，并且火星的采样地区都是提前选好，有清晰(qīngxī)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。” 天问二号任务示意图。国家航天局探月与(yǔ)航天工程中心制图 天问二号不能直接着陆，要不断试探、观察后，再择机选择采样点：它需要从地球发射后，经过1年左右的轨道转移，再飞向小行星(xiǎoxíngxīng)2016 HO3。“然后对小行星开展抵近探测，对其进行伴飞(bànfēi)、绕飞，利用相机、光谱仪、雷达等(děng)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。择机采集小行星的样品(yàngpǐn)，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(jiūjìng)是松散的碎石堆结构，还是(háishì)一块坚硬的独石，这些都需要探测清楚(qīngchǔ)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(jiàngdī)的，“要在确保探测器安全的情况下，观察目标小行星情况。” 在松散“碎石堆”或坚硬“独石”中(zhōng)找寻采样点 小天体(tiāntǐ)引力微弱，伴飞小天体需要探测器通过精确的(de)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(jiānyìng)表面(biǎomiàn)易于造成探测器反弹，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(wúchǔ)着力”。 目前国外已实施(shíshī)的小天体采样任务采取了两种方式，一是(yīshì)日本“隼(sǔn)鸟号(hào)”“隼鸟二号”任务，通过(tōngguò)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。 天问二号取样方式(fāngshì)（图片来源：中国空间技术研究院） 完成伴飞(bànfēi)、附着、采样，要求探测器的控制必须足够精确地“恰到好处(qiàdàohǎochù)”方式(fāngshì)。天问二号采取(cǎiqǔ)了悬停、触碰、附着三种取样方式。针对“砂石堆”型松散结构表面(biǎomiàn)采用“触碰”采样，针对坚硬表面的风化层颗粒采用“悬停”采样，在条件许可的情况下实施附着采样，获取更丰富的样品。 然而，不管前路有多少未知，天问二号出发了，带着人类对宇宙的(de)好奇(hàoqí)，踏上漫漫征途。一起期待返回舱带回(dàihuí)的关于“振荡的天星”2016 HO3的信息！