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引言

北京時間2025年05月29日1時31分，天問2號成功發射。該探測器搭載由中國空間技術研究院負責總研制，由長征三號運載火箭從西昌衛星發射中心發射，這是我國的首次小行星探測任務。

天問2號的主要任務是什么？該探測任務和美國宇航局NASA、歐洲宇航局ESA以及日本宇航局發射的小行星探測任務有何不同？未來我國在深空探測方面的規劃是怎么樣的？

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天問2號的主要任務是什么？

該深空探測任務根據探測目標分為兩個階段。第一階段歷時2.5年，專門針對近地小行星(469219) 2016 HO3進行探測采樣，包括長期伴飛觀測、表面取樣和樣本返回三大核心任務，這將使中國成為繼日本、美國之后第三個實現小行星采樣返回的國家。第二階段預計耗時7年，探測器將繼續飛向更遙遠的主帶彗星311P，通過飛掠方式揭示主帶彗星(活躍小行星)的形成演化奧秘。具體來說，該任務又細分為13個小階段，其詳細過程如下圖所示：

▲圖1 天問2號的13個探測過程詳述。圖源：中國空間技術研究院。

為了探測(469219) 2016 HO3和311P，天問2號共攜帶了11個有效載荷，分別是：可見紅外成像光譜儀、熱輻射光譜儀、多光譜相機、中視場彩色相機、探測雷達、磁強計、帶電粒子與中性粒子分析儀、噴發物分析儀、窄視場導航敏感器、激光一體化導航敏感器和旋轉衍射高光譜相機。

這些有效載荷的主要科學目標在近地小行星(469219) 2016 HO3探測方面分別為：(1)、測定 (469219) 2016 HO3 軌道、自轉、形狀、大小和熱輻射等物理參數；(2)、探測 (469219) 2016 HO3 形貌特征、表面物質組分、內部結構，獲取小行星樣品的背景信息；(3)、對 (469219) 2016 HO3 返回樣品開展實驗室分析研究，測定小行星樣品的物理性質、 化學與礦物成分、同位素組成和結構構造；(4)、測定和研究小行星樣品的年齡； (5)、與隕石進行比較研究，建立返回樣品與隕石、地面觀測與遙感就位分析數據之間的聯系。在主帶彗星探測方面分別為：(1)、測定主帶彗星 311P 的軌道、自轉、形狀大小和熱輻射等物理參數；(2)、探測主帶彗星 311P 形貌、表面物質組份、內部結構、臨近空間環境，以及可能的水和有機物等信息。

▲圖2 天問2號的探測器示意圖以及載荷位置。圖源：中科院。

(1) (469219) 2016 HO3

其中，根據(469219) 2016 HO3的絕對星等和反照率等參數信息，估計其直徑范圍為40~100 m，其不僅非常小，而且自轉速度也非常快，其自轉周期約為28 分鐘。因為其非常暗弱，無法通過地基望遠鏡獲取其更多準確的物理信息，這也給探測任務帶來了困難。

▲圖3 墨子巡天望遠鏡(WFST)在2024年3月29日拍到的(469219) 2016 HO3，十字圖標中央所示。

圖源：紫金山天文臺。

鑒于其體積小，自轉快，導致其表面可能難以保留分化層，更像一塊裸露的巖石，類似于日本宇航局的深空探測任務隼鳥2號的探測目標——(162173) Ryugu。這種形貌特征對于采樣具有較大的挑戰。未來，天問2號的最佳采樣區可能在小行星的兩級或者是凹坑中朝向自轉軸的坑壁上。

▲圖4 (162173) Ryugu的表面形貌。圖源：JAXA。

小行星(469219) 2016 HO3長期在地球附近擺動，宛如圍繞地球的"小精靈"，這類天體處于與地球"共軌"的特殊狀態，被稱為地球的準衛星，迄今已確認地球擁有7顆準衛星。研究表明，(469219) 2016 HO3的光譜特征與月球巖石高度一致，推測其可能起源于月球背面隕石撞擊坑"布魯諾"形成時濺射出的碎片。天問2號對(469219) 2016 HO3的深入探測將為揭示地月系統的起源和演化歷程提供關鍵的科學信息，有助于我們更好地理解地球-月球這一獨特天體系統的形成機制。

▲圖5 黃色為(469219) 2016 HO3的軌道，藍色為地球的軌道。圖源：維基百科。

(2) 311P

311P是已知的第7顆主帶彗星，由于其具有典型的小行星軌道，同時偶爾會爆發出現彗星尾等特征，所以也將其歸類為活躍小行星(迄今為止，發現了約50多顆)。 311P的直徑約為480 m，其可能還擁有一顆衛星或伴星，是一個雙星系統。

▲圖6 哈勃空間望遠鏡在2013年9月10日拍攝的311P。圖源：ESA/HUBBLE。

一般來說，彗星大多誕生于太陽系邊緣極其寒冷的奧爾特云，那里的低溫環境為水冰等揮發性物質提供了天然的"冷凍庫"，當彗星軌道靠近太陽時，這些冰凍物質受熱升華，形成我們熟悉的壯觀彗尾。然而，主帶彗星311P卻是一個令人困惑的"異類"——它位于火星與木星之間相對溫暖的小行星帶中。按常理，這里的高溫環境早就應該將揮發性物質"烤干"，但311P卻擁有至少6條明顯的彗尾，這一現象顛覆了傳統認知。

科學家推測其可能受到撞擊或YORP效應影響，導致表面巖石破裂，內部的冰水塵埃混合物受熱噴發形成彗尾。天問2號對311P的探測將有助于解釋這類兼具彗星和小行星特征的天體如何長期穩定存在，不僅能描繪小行星與彗星間的演化圖景，還可能為地球海洋起源研究提供新的科學認知。

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天問2號有何不同？

在了解天問2號有何不同之前，我們來回顧一下人類在小行星探測方面取得的成績。下表綜述了迄今為止所有成功發射的和小行星相關的深空探測任務。

在上述多個深空探測任務中，具有里程碑意義的分別為：2003年日本的 “隼鳥號”系列任務對（25143）Itokawa小行星實施采樣并成功返回地球，實現首次采樣返回任務；2020年，美國NASA的“冥王號”（OSIRIS-REx）任務對（101955）Bennu小行星成功采樣，并于2023年將樣本帶回地球，標志著采樣返回技術的成熟；2021年，美國NASA的“Lucy”號成功發射，執行首個穿越特洛伊小行星群的探測任務，也是首個多目標探測任務；2022年，美國NASA的“DART”任務成功撞擊（65803）Didymos的伴星Dimorphos小行星，首次驗證了人類主動改變地外天體軌道的能力。

▲圖7 左圖為隼鳥2號探測器和其探測目標（162173）Ryugu，右圖則為隼鳥2號在（162173）Ryugu上的采樣過程。圖源：JAXA。

▲圖8 “冥王號”探測器采樣策略示意圖。來源：NASA。

▲圖8 露西號探測任務的探測路線示意圖。圖源：NASA。

▲圖9 DART任務撞擊器撞擊Dimorphos的過程。圖源：EAS。

日本宇航局的隼鳥2號探測器采用了獨特的"撞擊采樣法"——通過發射撞擊器轟擊小行星表面，利用撞擊產生的飛濺碎片進行樣本收集；而美國宇航局的冥王號則選擇了更為直接的"機械臂接觸采樣法"，通過精密的機械臂直接觸碰小行星表面獲取樣本。

與NASA和JAXA的任務相比，天問2號的挑戰在于：1. 目標信息極度匱乏。整個采樣過程需要面對在極其微弱的引力環境中探測器“側翻”的風險；在不確定小行星物理信情況下開展大量探測并做出最優策略的考驗；在高時延無法通過地面遙控操作時自主采樣的挑戰。天問2號面臨的挑戰是遠超之前的采樣返回任務。2. 采樣策略高度靈活。正是由于目標信息匱乏，天問2號采樣策略并未提前確定，而是預備了懸停采樣、接觸采樣和附著采樣三種方式。3. 多目標協同。天問2號采取多目標、多任務和多模式的探測方式，具有“一次發射，兩個目標，三種任務形式（伴飛、采樣、返回）”的鮮明特點。

▲圖10 天問2號的三種采樣方式示意圖。圖源：中國空間技術研究院。

天問2號將驗證突破弱引力天體表面取樣、高精度相對自主導航與控制、小推力轉移軌道設計等一系列關鍵技術。

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我國在深空探測方面的規劃是什么？

天問2號的成功發射是中國航天史上具有里程碑意義的重大突破。我國在深空探測領域的規劃體現了系統化、分階段推進的長期戰略布局：以"天問"系列任務為核心，承擔著從近地天體到外太陽系的宏偉探索使命，逐步拓展人類對宇宙的認知邊界；以"嫦娥"系列任務為核心，專注于月球探測和開發，為未來的月球科研站建設和資源利用奠定堅實基礎。這種"雙軌并進"的探測架構不僅展現了中國航天的雄心壯志，更體現了科學規劃、穩步推進的發展理念，標志著中國正從航天大國向航天強國邁進。

▲圖11 我國天問系列探測任務規劃。圖源：CNSA。

▲圖12 我國以“嫦娥”系列和“天問”系列的探測任務規劃。圖源：CNSA。

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結語

此時此刻，天問2號正在穿越星空，飛向宇宙深處。它帶著中國夢，承載著十四億人民的期望與祝福，在無垠的太空中劃出一道璀璨的軌跡。這艘承載著中華民族航天夢想的探測器，如同一顆閃亮的星辰，穿越時空的隧道，向著未知的星域勇敢前行，為人類探索宇宙奧秘貢獻中國智慧。

參考資料：

1. 李春來,劉建軍,任鑫,等."天問二號"任務科學目標和有效載荷配置[J].深空探測學報-北理工, 2024, 000(3):7.DOI:10.15982/j.issn.2096-9287.2024.20230185.

2. Hubble views extraordinary multi-tailed asteroid P/2013 P5. (2013-11-07),

3. 余后滿,張熇,黃曉峰,等.我國小天體探測任務設想[J].國際太空,2021,(09):4-9.

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