中国迈出小行星采样第一步，伸手去“摘”哪颗星

中青报(zhōngqīngbào)·中青网记者 邱晨辉

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

眼下的天问二号(èrhào)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，天问二号探测器搭乘长征三号(chángzhēngsānhào)乙运载火箭刺破云霄，踏上(tàshàng)深空探测征程。

这是我国首次小行星采样返回任务，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(yuèqiú)探测仍未(wèi)摆脱地球引力，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“走”要持续约10年，跨越亿万公里：天问二号探测(tàncè)器将先与近地小行星2016HO3“共舞”，完成探测、取样及返回地球的“星际快递(kuàidì)”使命(shǐmìng)；“分身”奔赴主带彗星311P的轨道，开展对(duì)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(jiānrèn)毅力的星际远征，有望在太阳系演化图谱上镌刻下(xià)中国印记。

天问二号任务示意图(shìyìtú)。国家航天局探月与航天工程中心制图

为何是2016HO3这颗小行星(xiǎoxíngxīng)

星(xīng)海无垠，为何选中这颗星？

天问二号任务地面应用系统总师(zǒngshī)、中国科学院国家天文台研究员苏彦介绍，小行星2016HO3是人类目前发现的地球准卫星之一。其保留着(zhe)太阳系诞生之初的原始信息，是研究太阳系早期物质组成(zǔchéng)、形成过程和演化(yǎnhuà)历史的“活化石”，具有极高科研价值。

她告诉记者，天问二号的科学目标聚焦于测定小行星(xiǎoxíngxīng)和主带彗星(huìxīng)(huìxīng)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、热辐射特性(tèxìng)等(děng)(děng)物理参数，开展轨道动力学研究；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(xíngchéng)与演化研究。

作为“地球的(de)邻居”，这颗小行星位于(wèiyú)距离地球约1800万至4600万公里的深空中，其轨道参数与(yǔ)地球几乎相同，与地球同步绕太阳公转。距离地球最近的时候，也有地月距离的40多倍。

探测难度不言而喻(bùyánéryù)。与火星探测不同，小行星(xiǎoxíngxīng)几乎不存在重力场，这导致(dǎozhì)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(xiāngguān)操作、择机实施采样。

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(duàn)、小行星转移(zhuǎnyí)段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距探测段、小行星采样(cǎiyàng)段、返回等待段、返回转移段、再入(rù)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。

其中(qízhōng)，小行星探测和采样返回包括(bāokuò)9个阶段，发射段顺利完成后(hòu)，探测器进入小行星转移段，这一阶段将持续约1年，其间需实施深空机动、中途修正等操作，直至距离小行星约3万公里处。

随后(hòu)依次进入小行星接近段、交会段、近距探(tàn)测段，在近距探测段按照“边飞边探、逐步(zhúbù)逼近”原则，对(duì)小行星开展悬停、主动绕飞等探测，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(dìqiú)，返回舱与主探测器分离，之后独自进入再入回收段，预计(yùjì)于2027年底着陆地球并完成回收。

此后，主探测(tàncè)器继续飞行(fēixíng)，前往主带彗星311P，开展后续探测任务。

这是一个运行于火星与(yǔ)(yǔ)木星轨道间小行星带内的(de)小天体，距离地球约1.5亿至5亿公里。在苏彦眼中，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。

对于它的探测(tàncè)，仍需时光沉淀。当前，我们才迈出(màichū)天问二号漫长探测过程的“第一步”。

小行星探测和采样返回“第一步(dìyībù)”

5月29日1时31分，长征三号乙(yǐ)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，将探测器送入地球至(zhì)小行星2016HO3转移轨道(guǐdào)。此后，探测器太阳翼正常展开，发射任务取得(qǔde)圆满成功。

这是该系列运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)首次执行地球逃逸轨道发射任务。

此前，发射(fāshè)地球轨道范围内的载荷，火箭分离速度为(wèi)第一宇宙速度，即每秒7.9千米。但(dàn)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，从而使探测器脱离地球引力(yǐnlì)，这需要极高的速度和能量。

中国航天科技集团魏远明表示，在综合考量火箭运载能力、履约能力和可靠性等(děng)因素后(hòu)，最终长征三号(chángzhēngsānhào)乙运载火箭成为此次小行星探测之旅的“专属座驾”。

他同时(tóngshí)表示，小行星本身体积小、质量小、引力弱，捕获难度大，对火箭入轨精度(jīngdù)要求极高。

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

“火箭入轨时的速度超过每秒10公里，只有将误差控制在每秒1米之内才能将天问二号探测器精准送入(sòngrù)轨道(guǐdào)。”张亦朴说。

他打了个比方：这样的入轨精度，就好比在(zài)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(sùdù)。

作为小行星探测的“天梯”，长征三号乙运载火箭要跑好(hǎo)小行星探测“第一棒”，还面临一个挑战(tiǎozhàn)：任务(rènwù)发射窗口要求极高，5月29日起连续3天，每天只有4分钟。

“由于目标小行星与地球的相对位置一直(yìzhí)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(tào)、共计3套的火箭飞行(fēixíng)程序，简化为一套程序，进一步提高火箭可靠性和任务适应性。

他告诉记者，小行星探测(tàncè)任务相比常规发射受到更多约束，涉及火箭、载荷、测控、空间、时间等(děng)方面，相关设计工作量是以往的3倍，团队花费两年时间，经过多轮(duōlún)迭代优化，最终实现了最简化(jiǎnhuà)的设计方案。

“深空探测道阻且长(zhǎng)，但我们终于迈出成功的第一步。”张亦朴说。

在行星探测(tàncè)“旅途”中，天问二号探测器要(yào)脱离地球引力场(yǐnlìchǎng)，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达到约3.74亿公里，较传统绕地球卫星与太阳之间的距离更远。

“距离远、信号弱、延时大、频段高，这是深空探测任务(rènwù)的重要挑战。”中国电科网络通信(wǎngluòtōngxìn)研究院专家高延生告诉记者，为给天问二号探测器提供通信支撑，我国研制的喀什4x35米(mǐ)深空天线组阵系统等(děng)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(cāozuò)涵盖探测、取样、返回等环节(huánjié)，对地面通信系统要求更高。

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

在跨越亿万公里的(de)星际征途中，精准导航至关重要。去年12月27日，我国在上海松江、西藏日喀则(rìkāzé)(rìkāzé)、吉林长白山三地同步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(shēnkōng)探测“巨眼”正式启用。

这两台望远镜的加入，同位于新疆乌鲁木齐和上海(shànghǎi)天马观测台站(táizhàn)的望远镜一道“凝望”太空，加之上海数据处理中心，构成我国甚长基线(jīxiàn)干涉测量网参加天问二号任务。

在中国科学院上海(shànghǎi)天文台射电天文科学与技术研究室主任(zhǔrèn)郑为民看来，我国甚长基线干涉测量网将像一组精准感受风筝方位的“智能(néng)牵线”——即使风筝飞入云端看不见，也能通过多根“线”（望远镜(wàngyuǎnjìng)）的协同感知，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(guānjiàn)段轨道精度，描绘天问二号探测器的星际航线，以更少燃料飞向更远目标，让人类探索宇宙的每一步都(dōu)走得更稳、更远。”郑为民说(shuō)。

“实施(shíshī)天问二号任务，推动星际探测征程接续前进，迈出(màichū)了深空探测的新一步。”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。期待天问二号按计划完成各项(gèxiàng)探测任务，取得更多(duō)原创科学成果，揭开更多宇宙(yǔzhòu)奥秘，增进人类认知。

发射成功仅是序章。接下来(jiēxiàlái)，是一个十年之约。

中国青年报(zhōngguóqīngniánbào)客户端西昌5月29日电

来源：中国青年报客户端(kèhùduān)