PART.01

引言

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

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

PART.02

天問2號的主要任務(wù)是什么？

該深空探測任務(wù)根據(jù)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(wù)，這將使中國成為繼日本、美國之后第三個實現(xiàn)小行星采樣返回的國家。

第二階段預(yù)計耗時7年，探測器將繼續(xù)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(wù)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(shù)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(fā)物分析儀、窄視場導(dǎo)航敏感器、激光一體化導(dǎo)航敏感器和旋轉(zhuǎn)衍射高光譜相機。

這些有效載荷的主要科學(xué)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(zhuǎn)、形狀、大小和熱輻射等物理參數(shù)；

(2) 探測 (469219) 2016 HO3 形貌特征、表面物質(zhì)組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(zhì)、 化學(xué)與礦物成分、同位素組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)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(shù)據(jù)之間的聯(lián)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(zhuǎn)、形狀大小和熱輻射等物理參數(shù)；

(2) 探測主帶彗星 311P 形貌、表面物質(zhì)組份、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、臨近空間環(huán)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。

(469219) 2016 HO3

其中，根據(jù)(469219) 2016 HO3的絕對星等和反照率等參數(shù)信息，估計其直徑范圍為40~100 m，其不僅非常小，而且自轉(zhuǎn)速度也非常快，其自轉(zhuǎn)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(wù)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(zhuǎn)快，導(dǎo)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(wù)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(zhàn)。未來，天問2號的最佳采樣區(qū)可能在小行星的兩級或者是凹坑中朝向自轉(zhuǎn)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(tài)，被稱為地球的準衛(wèi)星，迄今已確認地球擁有7顆準衛(wèi)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(tǒng)的起源和演化歷程提供關(guān)鍵的科學(xué)信息，有助于我們更好地理解地球-月球這一獨特天體系統(tǒng)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。

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(fā)出現(xiàn)彗星尾等特征，所以也將其歸類為活躍小行星(迄今為止，發(fā)現(xiàn)了約50多顆)。 311P的直徑約為480 m，其可能還擁有一顆衛(wèi)星或伴星，是一個雙星系統(tǒng)。

▲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(huán)境為水冰等揮發(fā)性物質(zhì)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(zhì)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(huán)境早就應(yīng)該將揮發(fā)性物質(zhì)"烤干"，但311P卻擁有至少6條明顯的彗尾，這一現(xiàn)象顛覆了傳統(tǒng)認知。

科學(xué)家推測其可能受到撞擊或YORP效應(yīng)影響，導(dǎo)致表面巖石破裂，內(nèi)部的冰水塵埃混合物受熱噴發(fā)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(wěn)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(xué)認知。

PART.03

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(fā)射的和小行星相關(guān)的深空探測任務(wù)。

在上述多個深空探測任務(wù)中，具有里程碑意義的分別為：

2003年日本的 “隼鳥號”系列任務(wù)對（25143）Itokawa小行星實施采樣并成功返回地球，實現(xiàn)首次采樣返回任務(wù)；

2020年，美國NASA的“冥王號”（OSIRIS-REx）任務(wù)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(shù)的成熟；

2021年，美國NASA的“Lucy”號成功發(fā)射，執(zhí)行首個穿越特洛伊小行星群的探測任務(wù)，也是首個多目標探測任務(wù)；

2022年，美國NASA的“DART”任務(wù)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(wù)的探測路線示意圖。圖源：NASA。

▲圖9 DART任務(wù)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(fā)射撞擊器轟擊小行星表面，利用撞擊產(chǎn)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(wù)相比，天問2號的挑戰(zhàn)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(huán)境中探測器“側(cè)翻”的風(fēng)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(yōu)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(zhàn)。天問2號面臨的挑戰(zhàn)是遠超之前的采樣返回任務(wù)。

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(yù)備了懸停采樣、接觸采樣和附著采樣三種方式。

3

多目標協(xié)同。

天問2號采取多目標、多任務(wù)和多模式的探測方式，具有“一次發(fā)射，兩個目標，三種任務(wù)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(shù)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(dǎo)航與控制、小推力轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計等一系列關(guān)鍵技術(shù)。

PART.04

我國在深空探測方面的規(guī)劃是什么？

天問2號的成功發(fā)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(lǐng)域的規(guī)劃體現(xiàn)了系統(tǒng)化、分階段推進的長期戰(zhàn)略布局：以"天問"系列任務(wù)為核心，承擔(dān)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(wù)為核心，專注于月球探測和開發(fā)，為未來的月球科研站建設(shè)和資源利用奠定堅實基礎(chǔ)。這種"雙軌并進"的探測架構(gòu)不僅展現(xiàn)了中國航天的雄心壯志，更體現(xiàn)了科學(xué)規(guī)劃、穩(wěn)步推進的發(fā)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(wù)規(guī)劃。

圖源：CNSA。

▲圖12 我國以“嫦娥”系列和“天問”系列的探測任務(wù)規(guī)劃。

圖源：CNSA。

PART.05

結(jié)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(wù)科學(xué)目標和有效載荷配置[J].深空探測學(xué)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), https://esahubble.org/images/heic1320a.

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

4. https://www.cast.cn/

>End

本文轉(zhuǎn)載自“墨子沙龍”，原標題《什么樣的小行星樣本需要收集十年？天問2號開啟問天之旅》。

為分享前沿資訊及有價值的觀點，太空與網(wǎng)絡(luò)微信公眾號轉(zhuǎn)載此文，并經(jīng)過編輯。

未按照規(guī)范轉(zhuǎn)載及引用者，我們保留追究相應(yīng)責(zé)任的權(quán)利

部分圖片難以找到原始出處，故文中未加以標注，如若侵犯了您的權(quán)益，請第一時間聯(lián)系我們。

HISTORY/往期推薦

充滿激情的新時代，

充滿挑戰(zhàn)的新疆域，

與踔厲奮發(fā)的引領(lǐng)者，

卓爾不群的企業(yè)家，

一起開拓，

一起體驗，

一起感悟，

共同打造更真品質(zhì)，

共同實現(xiàn)更高價值，

共同見證商業(yè)航天更大的跨越！

——《太空與網(wǎng)絡(luò)》，觀察，記錄，傳播，引領(lǐng)。

·《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》創(chuàng)始人：劉雨菲

·《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》副社長：王俊峰

·微信公眾號（ID：satnetdy）團隊

編輯：艷玲、哈玫，周泳、邱莉、黃榕、娜娜

主筆記者：李剛、魏興、張雪松、霍劍、樂瑜、稻子、趙棟

策劃部：楊艷、若?、李真子

視覺總監(jiān)：董濘

專業(yè)攝影：馮小京、宋偉

設(shè)計部：顧錳、潘希峎、楊小明

行政部：姜河、林紫

業(yè)務(wù)部：王錦熙、瑾怡

原創(chuàng)文章轉(zhuǎn)載授權(quán)、轉(zhuǎn)載文章侵權(quán)、投稿等事宜，請加微信：15910858067

商務(wù)合作；展覽展廳設(shè)計、企業(yè)VI/CI及室內(nèi)設(shè)計、企業(yè)文化建設(shè)及品牌推廣；企業(yè)口碑傳播及整體營銷傳播等，請加微信：13811260603

雜志訂閱，請加微信：wangxiaoyu9960

·衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)各分部：

成都分部負責(zé)人：沈淮

長沙分部負責(zé)人：賓鴻浦

西安分部負責(zé)人：郭朝暉

青島分部負責(zé)人：江偉

·衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)總部負責(zé)人：農(nóng)燕

·會議活動部負責(zé)人：喬顥益、許克新、董今福

· 投融資及戰(zhàn)略層面合作：劉雨菲

·本平臺簽約設(shè)計公司：一畫開天（北京）文化創(chuàng)意設(shè)計有限公司

· 航天加（深圳）股權(quán)投資基金管理負責(zé)人：楊艷