“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10年的任务期，还有人类(rénlèi)尚未(shàngwèi)“抵达”的在小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西昌卫星发射中心点火起飞，随后将(jiāng)行星探测工程天问二号探测器送入预定轨道(guǐdào)。 带着两个任务(rènwù)——探测小行星2016 HO3，完成采样任务并(bìng)携样本返回地球；再次上路，奔向主带彗星311P。它将刷新中国深空探测器的最远飞行距离纪录。这一长达十年的旅程，将引领我们揭开太阳系小天体(tiāntǐ)的神秘(shénmì)面纱，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(jīshí)。 然而，小天体(tiāntǐ)环境本身的不确定性，让任务变得与月球、火星等行星采样(cǎiyàng)不同，天问二号将(jiāng)面临更多挑战。小行星(xiǎoxíngxīng)采样难在何处？5月30日，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(zhèndàng)的天星” 2016 HO3 天问二号首先飞向地球的准卫星(wèixīng)2016 HO3。它于2016年被美国全景巡天望远镜和快速反应系统(xìtǒng)发现。其中“H”代表发现的时间段(shíjiānduàn)（4月下半月），O3表示在该时间段内的发现顺序。其永久编号(biānhào)为469219，正式(zhèngshì)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2024年(nián)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米之间(zhījiān)，大约为足球场那么宽。它的自转(zìzhuàn)周期仅约28分钟，旋转(xuánzhuǎn)速度之快，犹如一位矮小却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(zhōngguókēxuéyuàn)紫金山天文台联合(liánhé)研制的墨子巡天(xúntiān)望远镜捕捉到了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，但是(dànshì)对它的样子，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(zhīyī)。为什么要选择2016 HO3作为科学目标(mùbiāo)？它相对地球的最近距离约1500万千米，最远距离约4500万千米。这颗(zhèkē)目前处于与地球“共轨”特殊(tèshū)状态的小行星(xiǎoxíngxīng)，公转周期365.75天，几乎与地球同步，是迄今发现轨道最稳定的地球“准卫星”。解答它的身世(shēnshì)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(bùnéng)像“探火”“探月”那样直接着陆在行星表面，也面临更大挑战。 “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(zài)彗星表面释放菲莱着陆器时，就发生了弹跳(dàntiào)，两个多小时后才稳定下来，但落到(luòdào)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(nándiǎn)是着陆和起飞需要的燃料多，运输成本高，具体取样技术跟月球类似(lèisì)，并且火星的采样地区都是提前选好，有清晰的照片(zhàopiān)。然而，小行星(xiǎoxíngxīng)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。国家航天局探月与航天工程中心制图(zhìtú) 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(de)(de)轨道转移，再飞向小行星2016 HO3。“然后对小行星开展抵近探测，对其(qí)进行伴飞、绕飞，利用相机、光谱仪、雷达等科学载荷，获取目标小行星的大小(dàxiǎo)、自转、形貌、成分、结构等信息。择机采集小行星的样品，携带样品返回地球，返回时间约半年(bànnián)。”李博士介绍。这个小行星究竟是松散的碎石堆结构，还是(háishì)一块坚硬的独石(dúshí)，这些(zhèxiē)都需要探测清楚后，才能确保万无一失。 季江徽强调，抵近的距离(jùlí)是逐渐(zhújiàn)降低的，“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(duī)”或坚硬“独石”中找寻采样点 小天体引力微弱，伴飞小天体需要探测器通过精确的轨道控制实现与目标“同步(tóngbù)”，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(lā)”近探测器，坚硬表面易于造成探测器反弹，而松散表面又难以(nányǐ)阻止(zǔzhǐ)探测器下陷。对于附着，坚硬表面“无力可借(kějiè)”，松散表面又“无处着力”。 目前国外已实施的(de)小天体采样任务采取了两种方式，一是日本“隼鸟号”“隼鸟二号”任务，通过发射高速弹丸撞击小行星溅射起星表颗粒，探测器(tàncèqì)利用喇叭形装置近距离收集样品并迅速(xùnsù)飞离(fēilí)；二是美国的“冥王号”任务，采用触碰(chùpèng)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(tiānwèn)二号取样方式（图片来源：中国空间技术研究院） 完成伴飞、附着、采样，要求探测器的控制必须足够精确地“恰到好处”方式。天问(tiānwèn)二号(èrhào)采取了悬停、触碰、附着三种(sānzhǒng)取样方式。针对“砂石堆”型松散结构表面采用“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(tiáojiàn)许可的情况下实施附着采样，获取更丰富(fēngfù)的样品。 然而，不管前路有多少未知(wèizhī)，天问二号出发了，带着人类对(duì)宇宙的好奇，踏上(tàshàng)漫漫征途。一起期待返回舱带回的关于“振荡的天星”2016 HO3的信息！