中国迈出小行星采样第一步，伸手去“摘”哪颗星

中青报·中青网记者(jìzhě) 邱晨辉

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

眼下的(de)天问二号任务，正是这样一场极致的探索之旅。

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

这是我国首次小行星采样返回(fǎnhuí)任务，也是继天问一号火星探测(tàncè)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(yǐnlì)，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(zhèyī)“走”要持续约10年，跨越亿万公里：天问二号探测器将先与近地小行星2016HO3“共舞”，完成探测、取样及返回地球的(de)(de)“星际快递”使命；“分身”奔赴主带(zhǔdài)彗星311P的轨道，开展对太阳系早期物质的“时空溯源”。

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

为何是2016HO3这颗(zhèkē)小行星

星海(xīnghǎi)无垠，为何选中这颗星？

天问二号任务地面(dìmiàn)应用系统总师、中国科学院国家天文台研究员苏彦介绍，小行星2016HO3是(shì)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信息，是研究太阳系早期(zǎoqī)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。

她告诉(gàosù)记者，天问二号的科学目标聚焦于测定小行星(xiǎoxíngxīng)和主带彗星的多项物理参数，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(dàxiǎo)、热辐射特性(tèxìng)等物理参数，开展(kāizhǎn)轨道动力学研究(yánjiū)；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、化学(huàxué)与矿物成分、同位素组成和结构构造，开展小行星和太阳系早期的形成与演化研究。

作为(zuòwéi)“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，与地球同步绕太阳公转。距离地球最近(zuìjìn)的时候，也有地月距离的40多倍。

探测难度不言而喻。与(yǔ)火星探测不同，小行星几乎不存在(cúnzài)重力场(zhònglìchǎng)，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、择机(zéjī)实施采样。

国家航天局探月与航天工程中心有关专家介绍，天问二号任务共包含发射段、小行星(xiǎoxíngxīng)转移段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距(jìnjù)探测(tàncè)段、小行星采样段、返回等待段、返回转移段、再入回收段、主带彗星(huìxīng)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(jiēduàn)。

其中，小行星探测和采样返回包括9个阶段，发射段顺利完成(shùnlìwánchéng)后，探测器进入小行星转移段，这一阶段将持续约(yuē)1年，其间(qíjiān)需实施深空机动、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(duàn)、交会段、近距探测(tàncè)段，在(zài)近距探测段按照(ànzhào)“边飞边探、逐步逼近”原则，对小行星开展悬停、主动绕飞等(děng)探测，确定采样区后进入采样段。完成采样任务后，探测器将经历返回等待段、返回转移段，在返回转移段接近地球，返回舱与主探测器分离，之后独自进入再入回收段，预计于2027年底着陆地球并(bìng)完成回收。

此后，主探测器继续飞行，前往(qiánwǎng)主带彗星311P，开展(kāizhǎn)后续探测任务。

这是一个运行于火星与木星轨道(guǐdào)间小行星(xiǎoxíngxīng)带内的小天体，距离地球约1.5亿至5亿公里。在苏彦(sūyàn)眼中，其兼具彗星的物质构成特征(tèzhēng)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，填补太阳系小天体研究领域的空白。

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

小行星探测(tàncè)和采样返回“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)，将探测器送入地球至小行星(xiǎoxíngxīng)2016HO3转移轨道(guǐdào)。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首次执行(zhíxíng)地球逃逸轨道发射任务。

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

中国航天科技集团魏远明(wèiyuǎnmíng)表示，在综合考量火箭运载能力、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(biǎoshì)，小行星本身体积小、质量小、引力弱，捕获难度(nándù)大，对火箭入轨精度要求极高。

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

“火箭入轨时的速度超过每秒(měimiǎo)10公里，只有(zhǐyǒu)将误差控制在每秒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(dǎlegè)比方：这样的入轨精度，就好比(hǎobǐ)在上海投出一个篮球，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(zuòwéi)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”，还面临一个挑战：任务(rènwù)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。

“由于目标小行星与(yǔ)地球的相对位置一直在变化，只有‘零窗口’发射最节省燃料。”张亦朴说，研制团队针对(zhēnduì)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(jìnyíbùtígāo)火箭可靠性和任务适应性。

他告诉记者，小行星探测任务相比(xiāngbǐ)常规发射受到更多约束(yuēshù)，涉及火箭、载荷、测控、空间、时间等方面，相关(xiāngguān)设计工作量是以往的(de)3倍，团队花费两年时间，经过多轮迭代优化，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(jiāng)达到约3.74亿公里，较传统绕地球卫星(wèixīng)与太阳之间的距离(jùlí)更远。

“距离远、信号弱(ruò)、延时大、频段高，这是深空探测任务的重要挑战。”中国电科网络通信研究院专家高延生告诉(gàosù)记者，为(wèi)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(zǔzhèn)系统等深空探测设备，将参与发射、探测、取样和返回等阶段。

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

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

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

这两台望远镜的加入(jiārù)，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(shùjùchǔlǐ)中心，构成我国甚长基线干涉测量网参加(cānjiā)天问二号任务。

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

“这种跨越时空的守望，可大幅提高探测器关键段轨道精度，描绘天问二号(èrhào)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(zǒu)得(dé)更稳、更远。”郑为民说。

“实施(shíshī)天问(tiānwèn)二号任务，推动星际探测征程接续前进，迈出了深空(shēnkōng)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，后续还将经历10余个飞行阶段(jiēduàn)。期待天问二号按计划(ànjìhuà)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。

发射成功(fāshèchénggōng)仅是序章。接下来，是一个十年之约。

中国青年报客户端(kèhùduān)西昌5月29日电

来源：中国青年报(zhōngguóqīngniánbào)客户端