“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)(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，随后将行星(xíngxīng)探测工程天问(tiānwèn)二号探测器送入预定轨道。 带(dài)着两个任务——探测小行星2016 HO3，完成采样任务并携样本返回地球；再次上路，奔向主带彗星311P。它(tā)将刷新中国深空探测器(tàncèqì)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(guǐ)验证任务等铺就基石。 然而，小天体环境本身的不确定性，让任务变得与月球、火星等行星采样不同，天问二号将面临(miànlín)更多(duō)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以及中国科学院紫金山天文台研究员季江徽(jìjiānghuī)。 充满(chōngmǎn)未知的“振荡的天星” 2016 HO3 天问(tiānwèn)二号首先飞(fēi)向地球的准卫星2016 HO3。它于2016年被美国全景巡天望远镜和快速反应系统发现。其中“H”代表发现的时间段(shíjiānduàn)（4月下半月(xiàbànyuè)），O3表示在该(gāi)时间段内的发现顺序。其永久编号为469219，正式命名为Kamo'oalewa，源自夏威夷语，意为“振荡的天星” 。 墨子巡天(xúntiān)望远镜在2024年3月29号(hào)拍到的2016 HO3 （图片来源: 紫金山天文台） “2016 HO3体积不大(dà)(dà)，估计直径仅有40到100米之间，大约为足球场(zúqiúchǎng)那么宽。它的(de)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不停地翻转。”2024年(nián)，由(yóu)中国科学技术大学与中国科学院紫金山天文台联合研制(yánzhì)的墨子巡天(xúntiān)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。” 截至(jiézhì)2025年5月，天文学家已确认地球(dìqiú)拥有(yǒu)7颗准卫星。2016 HO3是其中之一。为什么要选择2016 HO3作为科学目标？它(tā)相对地球的(de)最近距离约1500万千米，最远距离约4500万千米。这颗目前处于与(yǔ)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(tóngbù)，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、太阳系历史之谜。 然而，因为微重力环境(huánjìng)，对小行星(xiǎoxíngxīng)特性的不确定，让探测器不能像“探火”“探月”那样直接着陆在行星表面，也面临更大挑战。 “因为(yīnwèi)小行星(xiǎoxíngxīng)的微重力环境，探测器难以有效附着，如果(rúguǒ)控制不好可能被弹飞或者倾覆，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。 “火星取样(qǔyàng)主要(zhǔyào)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，并且火星的采样地区都是提前选好(hǎo)，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。” 天问二号任务示意图。国家航天局探月(tànyuè)与航天工程中心制图 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(fāshè)后，经过1年左右的(de)轨道转移(zhuǎnyí)，再飞向小行星(xiǎoxíngxīng)2016 HO3。“然后(ránhòu)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(kēxué)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(suìshí)堆结构，还是一块坚硬的独石，这些都需要探测清楚后，才能确保万无一失。 季江徽(jìjiānghuī)强调，抵近的距离是逐渐降低的，“要在确保(quèbǎo)探测器安全的情况下，观察目标小行星情况。” 在松散“碎石堆”或坚硬“独石”中找寻采样(cǎiyàng)点 小(xiǎo)天体引力微弱，伴飞小天体需要探测器(tàncèqì)通过(tōngguò)精确(jīngquè)的轨道控制实现与目标“同步”，绕飞小天体则需要通过精确的主动控制实现。对于采样，弱引力无法自然(zìrán)“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(mùqián)国外(guówài)已实施的小(xiǎo)天体采样任务采取了两种方式，一是日本“隼鸟号(hào)”“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飞离；二是美国(měiguó)的“冥王号”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。 天问二号取样方式（图片来源：中国空间技术研究院(zhōngguókōngjiānjìshùyánjiūyuàn)） 完成(wánchéng)伴飞、附着、采样，要求探测器的控制必须(bìxū)足够精确地“恰到好处”方式(fāngshì)。天问二号采取了悬停、触碰、附着三种取样方式。针对“砂石堆(duī)”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，天问二号出发了，带着人类对宇宙的好奇，踏上漫漫征途。一起(yìqǐ)期待返回舱带回(dàihuí)的关于“振荡(zhèndàng)的天星”2016 HO3的信息！