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◇天问二号主要任务目标是对小行星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(zhèshì)我国首次实施小行星采样(cǎiyàng)返回任务，迈出了深空探测的新一步 ◇天问二号(èrhào)任务(rènwù)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 文|《瞭望(liàowàng)》新闻周刊记者 贾雯静 我国在西昌卫星发射中心用长征三号(chángzhēngsānhào)乙运载火箭，成功将行星探测工程天问(tiānwèn)二号探测器发射升空（2025年5月(yuè)29日摄）才扬摄/本刊 5月(yuè)29日1时31分，辉光照亮夜空。由中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院抓总(zǒng)研制的长征三号乙Y110运载火箭（下称长三乙火箭），在(zài)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(yánzhì)的(de)天问二号(èrhào)探测器送入地球至小行星(xiǎoxíngxīng)2016HO3转移轨道。此后，探测器太阳翼正常展开，发射任务(rènwù)取得圆满成功，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奥秘(àomì)的追问。目前(mùqián)，天问一号探测器已获取(huòqǔ)珍贵(zhēnguì)火星原始科学数据，形成了标准数据产品，火星探测持续走向深入。 如今，天问二号再次(zàicì)踏上星际探测征程，主要(zhǔyào)任务目标是对小行星2016HO3进行(jìnxíng)探测、取样并返回地球，此后再对主带彗星311P开展科学探测。 国家航天局局长单忠德表示，国家航天局牵头(qiāntóu)实施天问二号任务(rènwù)，推动星际探测征程接续前进，迈出了深空探测的新一步(yībù)。任务实施周期长(zhōuqīzhǎng)，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。 发射阶段面临三重挑战(tiǎozhàn) 天问二号任务的首道难关在于(zàiyú)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号甲系列运载火箭三兄弟中“力气(lìqì)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，承担了多个国家重大工程任务，曾执行过嫦娥(chángé)三号、嫦娥四号(sìhào)等探月工程任务，此前已完成108次发射，是我国宇航发射次数最多(zuìduō)的单一型号火箭。 中国航天科技集团魏远明表示(biǎoshì)，虽然已经执行了百余次发射任务，积累了丰富(fēngfù)经验，但此次任务是长三乙火箭(huǒjiàn)首次执行地球逃逸轨道发射，面临新情况新挑战。 挑战一：速度要求(yāoqiú)更快。 魏远明(wèiyuǎnmíng)介绍，以往发射地球轨道(guǐdào)范围内的载荷时，火箭分离速度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地球做匀速圆周运动所需的最小(zuìxiǎo)速度。 此次任务(rènwù)发射目标并非绕地球旋转的卫星，航天器必须完全脱离地球引力控制进入逃逸轨道，火箭分离时速度须达到摆脱(bǎituō)地球控制的第二(dìèr)宇宙速度，最低要求为每秒11.2千米。 “这对火箭的运载能力、履约能力等都提出(tíchū)了更高要求(yāoqiú)。”魏远明说。 挑战二：精度(jīngdù)要求更高。 “小行星本身体积小、质量小、引力弱，捕获难度大，对火箭入轨(rùguǐ)精度要求高。”中国运载火箭技术研究院张亦朴介绍，此次火箭入轨速度达到每秒11.2千米的(de)同时，速度偏差不能(bùnéng)超过1米，才能将天问二号精准送入轨道，否则可能(kěnéng)会造成百万公里的级差。 这样严苛的精度要求形象来说，就好比在上海投出一个篮球，不仅要命中位于(wèiyú)北京的篮筐，还(hái)需确保篮球入筐(rùkuāng)时的飞行角度与速度都恰到好处。 难点三：发射窗口更窄(gèngzhǎi)。 小行星2016HO3运行(yùnxíng)轨道(guǐdào)较为特殊，一方面既像其他小行星一样环绕太阳运行，且公转周期与地球相近；另一方面从地球上(shàng)看，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和运动状态较为复杂，只有在(zài)特定(tèdìng)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(jīngguò)专家团队(tuánduì)测算，此次发射任务的窗口期仅为5月29日到31日连续3天，每天只有(zhǐyǒu)4分钟。加之目标小行星与地球(dìqiú)的相对位置处于变化之中，只有零窗口发射最节省燃料，这一要求无疑给型号团队带来了更大的挑战。 多方协同(xiétóng)、技术迭代确保发射“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、准时跑(pǎo)好天问二号任务“第一棒”，工程全线攻坚克难，协同攻关，多举措确保火箭发射“万无一失”。 提高运载能力方面，针对长征三号甲系列运载火箭，型号团队于2020年开始实施运载能力与可靠性“双(shuāng)提升”工程(gōngchéng)，完成了多条技术状态变化的验证工作，确认(quèrèn)了箭体结构、增压输送、总装总测三大系统(xìtǒng)数十个重点关注项目，并(bìng)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，长三乙火箭地球同步转移轨道运载能力提升至5.55吨，与天问二号探测器质量要求更为(gèngwéi)贴合。 在执行此发任务前，“双提升”后的(de)长三甲系列火箭已经连续成功发射16次，不断验证(yànzhèng)着该工程的可靠性。 确保精确入轨方面，研制团队在采用迭代制导技术(zhìdǎojìshù)的基础上，还运用了末速(mòsù)修正技术，在分离前实时调整火箭(huǒjiàn)的速度、姿态等，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3个发射(fāshè)日每天(tiān)1套发射轨道程序简化为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适应性(shìyìngxìng)。 火箭(huǒjiàn)测控系统方面，西昌卫星发射中心马忠权介绍，为满足零(líng)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(de)飞行弹道、飞行姿态以及火箭内侧的气压、燃料使用情况、温度等指标，了解(liǎojiě)火箭整体飞行状态。 本次测控系统还进行(jìnxíng)了(le)全自动跟踪改造，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(yālì)，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(mǎzhōngquán)说：“多年来火箭外形延续经典(jīngdiǎn)，实际上，其内部的电气、动力、火工等(děng)系统和装置已历经三年的迭代升级。”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(shēngchǎn)效率提速。”中国运载火箭技术研究院覃艺(tányì)说。 例如施行“去任务化(huà)”的设计研制模式，即火箭助推器、芯一级、芯二级、芯三级等产品都实现(shíxiàn)通用化和组批投产，提高生产效率(xiàolǜ)，缩短履约周期。 再如施行(shīxíng)批(pī)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，实施滚动出厂发射，实现流水线式柔性(róuxìng)作业的(de)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、采样阶段(jiēduàn)仍存不确定性 此次发射任务圆满成功，仅仅是天问二号任务漫长探测过程的“第一步”。“天问二号任务技术难度大，工程(gōngchéng)风险高(gāo)，设计(shèjì)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。”多位受访专家(zhuānjiā)提到。 天问二号任务共(gòng)包含发射段、小行星转移段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距探测段、小行星采样(cǎiyàng)段、返回等待(děngdài)段、返回转移段、再入回收段、主带(zhǔdài)彗星转移段、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(zhǔyào)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2016HO3距离地球1800万至4600万公里(wàngōnglǐ)，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(yánchí)。这对能源管理、智能控制以及产品的寿命、可靠性(kěkàoxìng)等方面都提出了(le)较高要求。 为应对此挑战(tiǎozhàn)，曾福明说：“本次任务创新性采用大面积扇形柔性(róuxìng)太阳翼设计，实现能源供给与轻量化的效果。” 同时，探测器共(gòng)配置(pèizhì)11台科学设备，这些先进设备将助力探测器在(zài)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，获取科学数据，为后续采样环节奠定基础。 在采样阶段，难点(nándiǎn)一方面体现在目标天体的未知特性。基于当前有限观测数据，人类对小行星2016HO3的形态特征，如形状、具体(jùtǐ)尺寸，表面(biǎomiàn)物理状态，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、多类型(lèixíng)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(xūyào)突破弱引力条件下的附着与采样难题。据了解，小(xiǎo)行星2016HO3质量(zhìliàng)较小，几乎处于零重力环境，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(bìng)将样本(yàngběn)装进容器难度较大。“针对此，我们在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(shuō)。 在考验中积累宝贵经验(jīngyàn)和科学财富 曾福明等受访专家(zhuānjiā)表示，天问二号任务面临多重考验(kǎoyàn)，是我国深空探索(tànsuǒ)不断深入的重要实践，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之一——突破弱(ruò)引力天体表面取样、高精度相对自主(zìzhǔ)导航与控制、小推力(tuīlì)转移轨道设计等一系列关键技术。锚定这一工程目标，天问(tiānwèn)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方式(fāngshì)，除触碰采样方式外，天问二号(èrhào)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，针对目标天体(tiāntǐ)特性未知等难题(nántí)，探测器将采用(cǎiyòng)“边飞边探边决策”的策略(cèlüè)，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目标天体的精准捕获、逐步接近、科学探测和样品采集。 锁定工程(gōngchéng)目标的(de)同时，科学目标亦是此次任务(rènwù)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，小行星(xiǎoxíngxīng)是太阳系中一种非常独特的天体，形成于(yú)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，对地球和太阳系的研究均具有重要意义。 而目标(mùbiāo)小行星2016HO3是在2016年发现(fāxiàn)的地球第5颗（共7颗）准卫星，非常稀缺，在上(shàng)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、构成等情况了解甚少，在科学上具有很大的研究价值。 “主带彗星311P同样具有特殊性，又称活跃小行星，其轨道位于主带小行星上(shàng)，同时具备彗星喷发的(de)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(xìtǒng)总师、中国科学院国家天文台研究员(yánjiūyuán)苏彦说。 因此，天问二号探测任务的科学目标聚焦于(yú)测定(cèdìng)小行星和(hé)主带彗星的多项物理参数。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(dàxiǎo)、热辐射特性等物理参数，开展(kāizhǎn)轨道动力学(dònglìxué)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(fāzhǎn)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(gèng)多原创科学成果(chéngguǒ)，揭开更多宇宙奥秘，增进人类认知。