“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(de)任务期，还有人类尚未“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(yǔ)挑战。 5月(yuè)29日(rì)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，随后将行星探测工程天问二号探测器送入预定轨道。 带着两个任务(rènwù)(rènwù)——探测小行星2016 HO3，完成采样任务并携(xié)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的神秘面纱，也为未来的火星取样(qǔyàng)返回任务、小行星防御在轨验证任务等铺就基石(jīshí)。 然而，小天体环境本身的不确定性，让任务变得与(yǔ)月球、火星等行星采样不同，天问二号将面临更多挑战。小行星采样难在何处？5月30日，封面(fēngmiàn)新闻采访了小行星研究专家(zhuānjiā)以及中国科学院(zhōngguókēxuéyuàn)紫金山天文台研究员季江徽。 充满未知的“振荡的天星(tiānxīng)” 2016 HO3 天问二号首先飞向地球的准卫星2016 HO3。它于2016年被美国全景(quánjǐng)巡天望远镜和快速反应系统发现(fāxiàn)。其中“H”代表(dàibiǎo)发现的时间段（4月下半月），O3表示在该时间段内的发现顺序。其永久编号为469219，正式(zhèngshì)命名为Kamo'oalewa，源自(yuánzì)夏威夷语，意为“振荡的天星” 。 墨子巡天望远镜在2024年3月(yuè)29号拍到的(de)2016 HO3 （图片来源: 紫金山天文台） “2016 HO3体积不大(dà)，估计(gūjì)直径仅有40到100米(mǐ)之间，大约为足球场那么宽。它的自转周期仅约28分钟，旋转速度之快，犹如一位矮小却身手敏捷的体操运动员(yùndòngyuán)不停地翻转。”2024年(nián)，由中国科学技术大学(dàxué)与中国科学院紫金山天文台联合研制的墨子巡天望远镜捕捉到了2016 HO3的影像。“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(zhèkē)小行星的轨道运动参数，但是对它的样子，对它的特性还一无所知(yīwúsuǒzhī)。” 截至2025年5月，天文学家已确认(quèrèn)地球拥有7颗准(zhǔn)卫星。2016 HO3是其中之一。为什么要(yào)选择2016 HO3作为科学目标？它相对地球的(de)(de)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”特殊状态的小行星，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”。解答它的身世之谜，有可能解答小行星演化、太阳系历史(lìshǐ)之谜。 然而，因为微重力(wēizhònglì)环境，对小行星特性的不确定，让探测器不能像“探火”“探月”那样直接着陆(zhuólù)在行星表面，也面临更大挑战。 “因为小行星(xiǎoxíngxīng)的(de)微重力环境，探测器难以有效附着，如果控制不好可能被(bèi)弹飞或者倾覆，之前欧洲‘罗塞塔’任务在彗星表面释放菲莱着陆器时，就发生了弹跳，两个(liǎnggè)多小时后才稳定下来，但落到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。 “火星(huǒxīng)取样主要难点是着陆和(hé)起飞需要(xūyào)的燃料多，运输成本高，具体取样技术跟月球类似，并且火星的采样地区(dìqū)都是提前选好，有清晰的照片。然而，小行星采样前，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(rènwù)示意图。国家航天局探月与航天工程中心制图 天问(tiānwèn)二号不能直接着陆，要不断(bùduàn)试探(shìtàn)、观察后，再择机选择(xuǎnzé)采样点：它需要从地球发射后，经过1年左右的(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、自转、形貌、成分、结构等信息。择机采集小行星的样品，携带(xiédài)样品返回(fǎnhuí)地球，返回时间约半年。”李博士介绍。这个小行星究竟是松散的碎石堆结构，还是一块坚硬的独石，这些都需要探测清楚后，才能(cáinéng)确保万无一失。 季江徽强调，抵近的距离是逐渐降低的，“要在确保探测器安全(ānquán)的情况下(xià)，观察目标小行星情况。” 在松散(sōngsǎn)“碎石堆”或坚硬“独石”中找寻采样点 小天体(tiāntǐ)引力微弱，伴飞小天体需要(xūyào)探测器通过精确的轨道控制(guǐdàokòngzhì)实现(shíxiàn)与目标“同步”，绕飞小天体则需要通过精确的主动控制实现。对于(duìyú)采样，弱引力无法自然“拉”近探测器，坚硬表面易于造成探测器反弹，而松散表面又难以阻止探测器下陷。对于附着，坚硬表面“无力可借”，松散表面又“无处着力”。 目前国外(guówài)已实施的小天体采样任务采取了两种方式(fāngshì)，一是日本“隼(sǔn)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，探测器利用喇叭形装置近距离收集样品并迅速(xùnsù)飞离；二是美国的“冥王(míngwáng)号”任务，采用触碰采样方式，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(cǎiyàng)，要求探测器的控制必须足够精确地“恰到好处”方式。天问(tiānwèn)二号采取了(le)悬停、触碰、附着三种取样方式。针对(zhēnduì)“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，在条件许可(xǔkě)的情况下实施附着采样，获取更丰富的样品。 然而，不管前路有多少未知，天问二号出发(chūfā)了，带着人类(rénlèi)对宇宙的好奇，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！