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天问二号主要任务目标是对(duì)小行星2016HO3进行探测(tàncè)、取样并返回地球，此后再对主带彗星311P开展科学探测。这是我国首次实施(shíshī)小行星采样返回任务，迈出了深空探测的新一步 天问二号任务技术难度大，工程风险高，设计任务周期10年(nián)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(yīchǎng)持续考验 文 |《瞭望》新闻周刊(xīnwénzhōukān)记者 贾雯静 5月29日1时31分，辉光照亮夜空。由中(zhōng)国航天科技集团所属中国运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)技术研究院抓总研制的长征三号乙Y110运载火箭（下称(xiàchēng)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(hòu)，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(de)天问二号探测器送入地球至小行星2016HO3转移(zhuǎnyí)轨道。此后，探测器太阳翼正常展开，发射任务取得圆满成功，标志着我国天问二号探测任务顺利启程，为(wèi)后续深空探索跑好关键“第一棒(bàng)”。 自2020年中国航天日启动“天问”系列以来，这一以屈原诗句命名的行星探测工程，赓续中华文明对宇宙(yǔzhòu)奥秘的追问。目前，天问一号探测器已获取珍贵(zhēnguì)火星原始科学数据(shùjù)。 如今，天问二号再次踏上星际(xīngjì)探测(tàncè)征程，主要任务目标是对小行星2016HO3进行探测、取样并返回地球，此后再对主带(zhǔdài)彗星311P开展科学探测。 国家航天局局长单忠德表示(biǎoshì)，国家航天局牵头实施天问二号(èrhào)任务，推动星际探测征程接续前进，迈出了深空探测的新一步。任务实施周期长，风险难度大，工程全线(quánxiàn)攻坚克难(gōngjiānkènán)，协同攻关，确保了发射任务圆满成功。 我国在(zài)西昌卫星发射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探测器发射升空（2025 年 5 月(yuè) 29 日摄） 才(cái)扬摄 / 本刊 发射阶段(jiēduàn)面临三重挑战 天问二号任务(rènwù)的首道难关在于发射环节。 为顺利完成发射，本次行星探测任务选用的运载工具为长征三号甲系列(xìliè)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1996年首飞成功至今(zhìjīn)，承担了多个国家重大工程任务，曾执行过嫦娥三号、嫦娥四号等探月工程任务，此前已(yǐ)完成108次发射，是我国(wǒguó)宇航发射次数最多的单一型号(xínghào)火箭。 中国航天科技集团魏远明表示(biǎoshì)，虽然已经执行了百余次(bǎiyúcì)发射任务(rènwù)，但此次任务是长三乙火箭首次执行地球逃逸轨道发射，面临新情况新挑战。 挑战一(yī)：速度要求更快。 魏远明介绍，以往发射地球轨道范围内的载荷时，火箭(huǒjiàn)分离速度(sùdù)达第一宇宙速度每秒7.9千米即可，此速度是物体在地球表面附近环绕(huánrào)地球做匀速圆周运动所需的最小速度。 此次任务发射目标并非绕地球旋转的卫星(wèixīng)，航天器必须(xū)完全脱离地球引力控制进入逃逸轨道，火箭分离(fēnlí)时速度须达到第二宇宙速度，最低要求为每秒11.2千米。 “这(zhè)对火箭的运载能力、履约能力等都提出了(le)更高要求。”魏远明说。 挑战(tiǎozhàn)二：精度要求更高。 “小行星体积小、质量(zhìliàng)小、引力(yǐnlì)弱，捕获难度大，对火箭入轨精度要求高。”中国运载火箭技术研究院张亦朴说，此次火箭入轨速度达到每秒11.2千米的同时，速度偏差(piānchā)不能超过1米，才能将天问二号精准送入轨道，否则可能会造成百万公里的级差(jíchà)。 难点三：发射窗口(chuāngkǒu)更窄。 小行星2016HO3运行轨道较为特殊，一方面(yìfāngmiàn)既像其他小行星一样环绕太阳(tàiyáng)运行，且公转周期与地球(dìqiú)相近；另一方面，其轨道又围绕地球运行。 这种特殊(tèshū)运行轨迹(guǐjì)使它与地球的相对位置和运动状态较为(jiàowéi)复杂，只有在特定时间段内，地球、探测器和小行星才能处于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，此次发射(fāshè)任务的(de)窗口期仅为5月29日到31日连续3天，每天只有(zhǐyǒu)(zhǐyǒu)4分钟。加之目标小行星与地球的相对位置处于变化之中，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(diédài)　确保发射“万无一失” 早在2018年，天问二号的发射(fāshè)任务就“花落”长三乙火箭(huǒjiàn)。为确保(quèbǎo)其可靠、精准、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，针对长征三号甲系列运载火箭，型号团队于2020年实施运载能力与可靠性“双提升(tíshēng)”工程，完成了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(zǒngzhuāng)总测三大系统(xìtǒng)数十个重点关注项目，并对总装全过程状态从严要求(yāoqiú)，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(hòu)，长三乙火箭地球同步转移轨道运载能力提升至5.55吨，与天问二号(èrhào)探测器质量要求更贴合。 确保精确入轨方面，研制团队在采用迭代制导技术的基础上，还运用了末速修正技术，在分离前(qián)实时调整(tiáozhěng)火箭的速度、姿态等(děng)，确保满足入轨精度要求。 不仅如此，研制人员经过多轮协调，将连续(liánxù)3个发射日每天一套发射轨道(guǐdào)程序简化为3天共用一套程序，大大精简了(le)发射流程，提高火箭可靠性和任务适应性。 火箭(huǒjiàn)测控系统方面，西昌卫星发射中心马忠权介绍，为(wèi)满足零窗口发射需求，团队对测控设备精度不断进行(jìnxíng)调校，通过测控火箭外侧的飞行弹道、飞行姿态以及火箭内侧的气压、燃料使用情况、温度等(děng)指标，了解火箭整体飞行状态。 本次(běncì)测控(cèkòng)系统还进行了全自动跟踪改造，借助(jièzhù)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。 火箭整体设计方面，马忠权说：“多年来火箭外形延续经典，实际上，其内部的(de)电气、动力、火工(huǒgōng)等系统和装置已历经三年的迭代(diédài)升级。”与此同时，型号团队对箭上关键产品(chǎnpǐn)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，“长三乙火箭还采用了通用化、系列化、组合化的设计思路，为全流程研制生产效率提速。”中国运载火箭技术(jìshù)研究院覃艺(tányì)说。 例如施行“去任务化”的设计研制模式(móshì)，即火箭助推器、芯一级、芯二级、芯三级等(děng)产品都(dōu)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(shēngchǎn)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(gǔndòng)出厂发射，实现流水线式柔性(róuxìng)作业(zuòyè)的运载火箭批生产，达到年生产发射15发火箭的能力水平，更好应对任务需求。 后续探测(tàncè)、采样阶段仍存不确定性 发射任务(rènwù)(rènwù)圆满成功仅仅是“第一步”。“天问二号任务技术难度大，工程风险高，设计任务周期(zhōuqī)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。”多位受访专家提到。 天问二号任务共包含发射段(duàn)、小行星转移段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距(jìnjù)探测段、小行星采样段、返回(fǎnhuí)等待段、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(néngyuán)需求量大。中国航天科技集团曾福(céngfú)明说，小行星2016HO3距离(jùlí)地球1800万至4600万公里，主带彗星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(zhè)对能源管理、智能控制以及产品的寿命、可靠性等方面都提出了较高要求(yāoqiú)。 为应对此挑战(tiǎozhàn)，曾福明说：“本次任务创新性采用大面积圆形柔性太阳翼(yì)设计，实现能源供给与轻量化的效果。” 同时，探测(tàncè)器共配置11台科学设备，将助力探测器在飞行过程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(huòqǔ)科学数据，为后续(hòuxù)采样环节奠定基础。 在采样阶段，难点一方面体现在目标天体的未知特性(tèxìng)。基于当前有限观测数据，人类对(duì)小行星2016HO3的形态特征，如形状、具体尺寸，表面物理状态，如物质组成等关键(guānjiàn)信息(xìnxī)认知不足。这种不确定性对探测器自主化程度、多类型采样能力要求更高，以(yǐ)应对潜在的样本获取风险。 另一方面，还需要突破弱引力条件下的附着与采样难题(nántí)。据了解，小行星2016HO3质量较小，几乎处于(chǔyú)零(líng)重力环境，坚硬表面易造成探测器反弹，松散表面又难以阻止探测器下陷，加之(jiāzhī)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较大。“针对此，我们在前期(qiánqī)已经(yǐjīng)进行了多次地面验证，但(dàn)仍然可能面临未知情况。”中国航天科技集团陈春亮说。 在考验中积累宝贵经验和科学(kēxué)财富 曾福明表示，天问二号任务面临多重(duōzhòng)考验，是(shì)我国深空探索不断深入的重要实践，从中(cóngzhōng)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(shì)此次任务的工程目标之一——突破弱引力天体表面取样、高精度(gāojīngdù)相对自主导航与控制、小推力转移轨道设计等一系列关键技术。锚定(máodìng)这一工程目标，天问二号任务在技术创新(jìshùchuàngxīn)和科学产出上具有显著特点。 一方面创新小天体(tiāntǐ)采样方式，除触碰采样方式外，天问二号任务还将(jiāng)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)天体特性未知等难题，探测器将采用“边飞边探边决策”的(de)策略，获取目标天体特性信息后，在地面策略指导下基本自主开展(kāizhǎn)目标天体的精准捕获、逐步接近、科学探测和样品(yàngpǐn)采集。 锁定工程目标的同时，科学目标亦是(shì)此次任务的核心关键。天问二号任务工程副总师、中(zhōng)国科学院(zhōngguókēxuéyuàn)国家天文台研究员刘建军介绍，小行星是太阳系中一种非常独特的天体，形成(xíngchéng)于太阳系早期约45亿年前，没有经过类似(lèisì)于地球一样的演化过程，基本保持原有状态，对地球和太阳系的研究均具有重要意义。 而目标小行星2016HO3是在2016年发现的(de)地球第5颗（共(gòng)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(duì)其起源也众说纷纭，加上对其形状、构成等(děng)情况了解甚少，具有很大的研究价值。 “主带彗星311P同样特殊，又称活跃(huóyuè)小行星，其轨道位于主带小行星上，同时具备(jùbèi)彗星喷发的特征，也承载着重要的科学探索意义。”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说(sūyànshuō)。 因此，天问二号探测任务的科学目标(mùbiāo)聚焦(jùjiāo)于测定(cèdìng)小行星和主带(zhǔdài)彗星的多项物理(wùlǐ)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(yǔ)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(zhǎng)，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各项探测任务，取得更多原创(yuánchuàng)科学成果，揭开(jiēkāi)更多宇宙奥秘，增进人类认知。■