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天问二号主要任务目标是对小行星2016HO3进行探测、取样(qǔyàng)并返回地球(dìqiú)，此后再对主带彗星311P开展科学探测。这是我国首次实施小行星采样返回任务，迈出了深空探测的(de)新一步 天问二号任务技术难度(jìshùnándù)大，工程风险高，设计任务周期10年左右，后续环节的不(bù)确定因素对于这场漫长征程来说是一场持续考验 文(wén) |《瞭望》新闻周刊记者 贾雯静 5月29日1时(shí)31分，辉光(huīguāng)照亮夜空。由中国航天科技集团所属中国运载火箭(huǒjiàn)技术研究院抓总研制的长征三号乙Y110运载火箭（下称长三乙火箭），在西昌卫星发射中心烈焰中起飞。 火箭飞行约18分钟后，将中国航天科技集团所属中国空间技术研究院抓总研制的天问(tiānwèn)二号(èrhào)探测器送入地球至小行星2016HO3转移轨道。此后，探测器太阳翼(yì)正常展开，发射(fāshè)任务取得(qǔde)圆满成功，标志着我国天问二号探测任务顺利启程，为后续深空探索跑好关键“第一棒”。 自(zì)2020年中国航天日启动“天问(tiānwèn)”系列以来，这一以屈原诗句命名的行星(xíngxīng)探测工程，赓续中华文明对宇宙奥秘的追问。目前，天问一号探测器已获取珍贵火星原始科学数据。 如今，天问二号再次踏上星际探测征程(zhēngchéng)，主要任务(rènwù)目标是(shì)对小行星2016HO3进行探测、取样并返回地球，此后再对主带彗星311P开展科学探测。 国家航天局(guójiāhángtiānjú)局长单忠德表示，国家航天局牵头实施天问二号任务，推动星际探测征程接续前进，迈出了深空探测的(de)新(xīn)一步。任务实施周期长，风险难度大，工程全线攻坚克难，协同攻关，确保了发射任务圆满成功(yuánmǎnchénggōng)。 我国在西昌卫星发射(fāshè)中心用长征三号乙运载火箭，成功将行星探测工程天问二号(èrhào)探测器发射升空（2025 年 5 月 29 日摄） 才扬摄 / 本刊(běnkān) 发射阶段(jiēduàn)面临三重挑战 天问二号任务的(de)首道难关在于发射环节。 为顺利完成发射，本次行星探测任务(rènwù)选用的运载工具为长征三(sān)号甲系列运载火箭三兄弟中“力气最大”的长三乙火箭，该火箭于1993年获批立项，自(zì)1996年首飞成功至今，承担了多个(duōgè)国家重大工程任务，曾执行过嫦娥三号、嫦娥四号等探月工程任务，此前(cǐqián)已完成108次发射，是我国宇航发射次数最多的单一型号火箭。 中国航天科技集团魏远明表示，虽然已经执行了百余次发射任务，但此次(cǐcì)任务是长三乙(zhǎngsānyǐ)火箭首次执行地球逃逸轨道发射，面临新情况新挑战(tiǎozhàn)。 挑战一：速度要求(yāoqiú)更快。 魏远明介绍，以往发射地球轨道范围内的载荷时，火箭分离速度(sùdù)达第一宇宙速度每秒7.9千米即可，此速度是物体(wùtǐ)在地球表面附近环绕地球做匀速圆周(yúnsùyuánzhōu)运动所需的最小速度。 此次任务发射目标并非绕地球(dìqiú)(dìqiú)旋转的卫星，航天器必须完全脱离地球引力控制进入(jìnrù)逃逸轨道，火箭分离时速度须达到第二宇宙速度，最低要求为每秒11.2千米。 “这对火箭的运载能力、履约能力等(děng)都提出(tíchū)了更高要求。”魏远明说。 挑战二：精度要求(yāoqiú)更高。 “小行星体积小、质量小、引力弱(ruò)，捕获难度大(dà)，对火箭入轨精度要求高。”中国运载火箭技术研究院张亦朴(zhāngyìpǔ)说，此次火箭入轨速度达到每秒11.2千米的同时，速度偏差不能超过1米，才能将天问二号精准送入轨道，否则(fǒuzé)可能会造成百万公里的级差。 难点三：发射窗口(chuāngkǒu)更窄。 小行星(xiǎoxíngxīng)2016HO3运行轨道较为特殊，一方面既像其他小行星一样环绕太阳运行，且公转(gōngzhuàn)周期(zhōuqī)与地球相近；另一方面，其轨道又围绕地球运行。 这种(zhèzhǒng)特殊运行轨迹使它与地球的相对位置(wèizhì)和运动状态较为复杂，只有在特定时间段内，地球、探测器和小行星才能处于(chǔyú)相对合适的位置关系，从而确保探测器能够以更快的速度抵近小行星并实现有效探测。 经过专家团队测算，此次(cǐcì)发射任务的窗口期(chuāngkǒuqī)仅为(jǐnwèi)5月29日到31日连续3天，每天只有4分钟。加之目标小行星与地球的相对位置(wèizhì)处于变化之中，只有零窗口发射最节省燃料，给型号团队带来了更大的挑战。 多方协同、技术迭代　确保(quèbǎo)发射“万无一失” 早在2018年，天问二号的发射任务(rènwù)就“花落”长三乙火箭。为确保(quèbǎo)其可靠、精准(jīngzhǔn)、准时跑好天问二号任务“第一棒”，工程全线攻坚克难，协同攻关，确保火箭发射“万无一失”。 提高(tígāo)运载能力方面，针对(zhēnduì)长征三号甲系列运载火箭，型号(xínghào)团队于2020年实施运载能力与(yǔ)可靠性“双提升”工程，完成了(le)多条技术状态变化的验证工作，确认了箭体结构、增压输送、总装总测三大系统数十个重点关注项目(xiàngmù)，并对总装全过程状态从严要求，针对性梳理了装配风险点并予以排除，确保产品顺利完成总装测试。该工程后，长三乙火箭地球同步转移(zhuǎnyí)轨道运载能力提升至5.55吨，与天问二号探测器质量要求更贴合。 确保精确入轨方面，研制(yánzhì)团队在采用迭代制导技术(zhìdǎojìshù)的基础上，还运用了末速修正技术，在分离前实时调整火箭的速度、姿态(zītài)等，确保满足入轨精度要求。 不仅如此，研制人员(rényuán)经过多轮协调，将连续3个发射日每天一套发射轨道程序(chéngxù)简化为3天共用一套程序，大大精简了发射流程，提高火箭可靠性和任务(rènwù)适应性。 火箭测控系统方面，西昌卫星发射中心马忠权介绍，为满足(mǎnzú)零窗口发射需求，团队对测控设备精度不断进行调校，通过测控火箭外侧的飞行弹道、飞行姿态(zītài)以及火箭内侧的气压、燃料使用情况、温度(wēndù)等指标(zhǐbiāo)，了解火箭整体飞行状态。 本次测控系统还(hái)进行(jìnxíng)了全自动跟踪(gēnzōng)改造，借助AI算法让测控系统自动进行跟踪捕获，减轻操作手压力，提高跟踪性能和应急情况处理能力。 火箭(huǒjiàn)整体(zhěngtǐ)设计方面，马忠权说：“多年来火箭外形延续经典，实际上，其内部的电气、动力、火工等系统和装置已历经三年(sānnián)的迭代升级。”与此同时，型号(xínghào)团队对箭上关键产品优中选优、加严验收、增加测试项目，严格控制火箭技术状态变化。 此外，“长三乙火箭还(hái)采用了通用化、系列化、组合化的(de)设计思路，为全流程研制生产效率提速。”中国运载火箭技术研究院覃艺说。 例如施行“去(qù)任务化”的设计研制模式，即火箭助推器(zhùtuīqì)、芯一级(yījí)、芯二级、芯三级等产品都实现通用化和组批投产，提高生产效率，缩短履约周期。 再如施行批量生产管理模式，通过系统综合试验、火箭总装和出厂测试并行开展，实施滚动出厂发(fā)射(fāshè)，实现流水线式柔性作业(zuòyè)的运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)批生产，达到年生产发射15发火箭的能力水平，更好应对任务需求。 后续(hòuxù)探测、采样阶段仍存不确定性 发射(fāshè)任务圆满成功仅仅是“第一步(dìyībù)”。“天问二号任务技术难度大，工程风险高，设计任务周期10年左右，后续环节的不确定因素对于这场漫长征程来说是一场持续考验。”多位受访(shòufǎng)专家提到。 天问二号任务共包含发射段、小行星(xiǎoxíngxīng)转移段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距探测(tàncè)段、小行星采样段、返回等(děng)待段、返回转移段、再入回收段、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。 在探测阶段，任务难点主要体现在时间周期长，能源需求量大。中国航天科技集团曾福明说，小行星(xiǎoxíngxīng)2016HO3距离地球1800万至4600万公里，主带彗星(huìxīng)311P距离地球1.5亿至5亿公里，距离地球远，通信存在较长延迟。这对能源管理(néngyuánguǎnlǐ)、智能控制以及产品的寿命、可靠性等(děng)方面(fāngmiàn)都提出了较高要求。 为应对此(duìcǐ)挑战，曾福明说：“本次(běncì)任务创新性采用大面积圆形柔性太阳翼设计，实现能源供给与轻量化的效果。” 同时，探测器共配置11台(tái)科学设备，将助力探测器在飞行过程(guòchéng)中对小行星和主带彗星进行光谱测量、光学成像、空间环境探测等，获取科学数据，为后续采样环节(huánjié)奠定基础。 在(zài)采样阶段，难点一方面体现在目标天体的未知特性。基于当前有限(yǒuxiàn)观测数据，人类对小行星2016HO3的形态特征，如形状、具体(jùtǐ)尺寸，表面物理(wùlǐ)状态，如物质组成等关键信息认知不足。这种不确定性对探测器自主化程度(chéngdù)、多类型采样能力要求更高，以应对潜在的样本获取风险。 另一方面(lìngyìfāngmiàn)，还需要突破弱引力条件下的附着与(yǔ)采样难题。据了解，小行星2016HO3质量较小，几乎处于零重力环境，坚硬表面(biǎomiàn)易造成探测器反弹，松散表面又难以阻止探测器下陷，加之其处于高速自转状态，探测器的控制必须足够精确。因此，于有限时间内完成采样任务并将样品装进容器难度(nándù)较大(jiàodà)。“针对此，我们在(zài)前期已经进行了多次地面验证，但仍然可能面临未知(wèizhī)情况。”中国航天科技集团陈春亮说。 在考验中积累宝贵经验(jīngyàn)和科学财富 曾福明表示，天问二号任务面临多重考验，是我国(wǒguó)深空探索(tànsuǒ)不断深入的重要实践(shíjiàn)，从中可以积累宝贵经验，不断对关键技术进行验证和创新。 这也是此次任务的工程目标(mùbiāo)之一——突破(tūpò)弱引力天体表面取样、高精度(gāojīngdù)相对自主导航(dǎoháng)与控制、小推力转移轨道设计等一系列关键技术。锚定这一工程目标，天问二号任务在技术创新和科学产出上具有显著特点。 一方面创新小天体采样(cǎiyàng)方式(fāngshì)，除触碰采样方式外，天问二号任务还将根据探测具体情况实施悬停采样以及附着采样。 另一方面推动智能化航天器发展，针对目标(mùbiāo)天体特性(tèxìng)未知等难题，探测器将采用“边飞边探边决策”的策略，获取目标天体特性信息后，在地面策略指导(zhǐdǎo)下基本自主开展目标天体的精准捕获、逐步(zhúbù)接近、科学探测和样品采集。 锁定工程目标的同时，科学目标亦是此次任务的核心关键。天问二号任务工程副总师、中国科学院国家天文台研究员刘建军介绍(jièshào)，小行星是太阳系(tàiyángxì)中一种非常独特的天体(tiāntǐ)，形成于太阳系早期约45亿年前，没有经过类似于地球一样的演化过程，基本保持原有状态(zhuàngtài)，对地球和(hé)太阳系的研究均具有重要意义。 而目标小行星2016HO3是在(zài)2016年发现的地球第5颗（共7颗）准卫星，非常稀缺，在上百万个小天体中万里挑一，科学家对其(qí)起源也(yě)众说纷纭，加上(jiāshàng)对其形状、构成等情况了解甚少，具有很大的研究价值。 “主带彗星(huìxīng)311P同样特殊，又称活跃小行星，其轨道位于主带小行星上，同时具备彗星喷发的特征，也承载(chéngzài)着重要的科学探索意义。”天问二号任务地面应用系统(xìtǒng)总师、中国科学院国家(guójiā)天文台研究员苏彦说。 因此，天问二号探测任务的科学目标聚焦于测定小行星和(hé)主带(zhǔdài)彗星(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、热辐射特性等物理参数，开展轨道动力学研究；二是(èrshì)开展小行星和主带彗星的形貌(xíngmào)、物质(wùzhì)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，开展小行星和太阳系早期的形成与演化研究。 深空探测道阻且长，航天事业发展任重道远，单忠德表示，期待天问二号按计划完成(wánchéng)各项探测任务，取得更(gèng)(gèng)多原创科学成果，揭开更多宇宙奥秘，增进人类认知。■