解码天问二号太空之旅——
一场充满挑战的“星际马拉松”
■解放军报记者 刘丹
天问二号探测器发射升空。新华社发
5月29日凌晨，西昌卫星发射中心，长征三号乙运载火箭托举着天问二号探测器，挣脱地球引力，向深邃的宇宙空间飞去。
5年前，我国的行星探测任务正式被命名为“天问”。同年7月23日，天问一号奔向火星。作为我国行星探测工程的首次任务，天问一号实现了通过一次发射完成对火星环绕、着陆和巡视3项任务，这在世界火星探测史上绝无仅有。
此次，天问二号的主要任务目标是对小行星2016HO3进行探测、采样，然后探测器与返回舱分离，返回舱将其所采样品送回地球。随后，探测器继续前往主带彗星311P开展科学探测。
那么，此次任务为什么把这两颗星球作为主要探测目标？其背后的科学价值有哪些？探测过程中需要攻克哪些难关？对未来的行星探测具有哪些重要意义？请看本期关注。
研究太阳系和地球起源的“活化石”
进入科学时代以来，人类对小行星的关注，曾长久弥漫着忧惧之情。
小行星如同宇宙中沉默的游荡者，轨道难以捉摸，被科学家形象地称为“近地天体”。
1994年，“苏梅克-列维9号”彗星撞击木星。这一骇人景象让世人惊觉，于是全球天文学家们建立起“哨兵网络”，持续监测、计算着成千上万颗近地小天体的轨道数据，预测它们与地球未来的“亲密程度”。
正是这种不懈的观测，让2016HO3这颗独特的小行星进入了人类的视野。
这颗直径仅相当于足球场大小的天体，因其距离地球较近，与地球共享公转轨道，被科学家称为“准卫星”。
这种若即若离的引力羁绊，使其成为人类探索近地小天体的绝佳目标。更重要的是，探测小行星2016HO3有可能为科学家研究太阳系和地球的起源提供重要的信息。
科学家推测，小行星2016HO3表面可能保存着太阳系形成初期的原始物质，其形成原因甚至可能追溯到月球形成早期的撞击碎片。
天问二号任务副总工程师、中国科学院国家天文台研究员刘建军介绍，当天问二号返回舱带着“宇宙快递”返回地球，这些来自小行星2016HO3的尘埃与碎石，或将揭示太阳系形成初期的物质分布规律，甚至为月球起源的“大碰撞假说”提供直接证据，成为科学家研究太阳系和地球起源的“活化石”。
到那时，科学家们的疑问或将被一一破解：这些小行星由何种原始物质构成？小行星上是否含有水冰或有机分子等生命起源的关键“原料”？探测结果是否有助于揭示早期太阳星云的凝聚与碰撞历史？作为一颗在独特轨道上长期受地球引力影响的小行星，小行星2016HO3上是否存在标记与地球特殊空间环境作用的物质？
每一次分析，都将聆听来自46亿年前的“宇宙低语”。
据介绍，当天问二号完成对小行星2016HO3的采样后，它的探测器还将转向火星与木星之间的小行星带，继续探访主带彗星311P。
这颗编号为311P/PANSTARRS的天体，是人类发现的第七颗主带彗星，颠覆了人们的传统认知：它位于距离太阳更近的小行星带，却能像彗星般喷发出六条螺旋状彗尾。
传统理论认为，小行星带因靠近太阳难以保留水冰，但主带彗星311P的尘埃尾中可能含有水分子。这暗示小行星带上可能存在冰质天体。
届时，天问二号将首次近距离观测主带彗星311P的喷发机制，探索其尘埃尾中是否存在有机分子。这对于理解地球起源、理解彗星与小行星的演化关系和太阳系挥发性物质分布等，将具有重要意义。
携带多种科学设备应对挑战
对于天问二号探测器来说，从地球出发，抵达小行星2016HO3和主带彗星311P所在的轨道，将是一场充满挑战的“星际马拉松”。
首先要精确计算出发时间。
以小行星2016HO3为例。目标星体与地球的相对位置一直在变化，这对天问二号任务的发射窗口要求极高。据悉，从5月29日到31日连续3天，每天只有4分钟的发射窗口。
这种“精确”，好比一个始自上海的篮球，被精准地“投”进北京篮球场的篮筐内。
其次，从地球到小行星2016HO3的距离长达数亿公里，耗时可能一年以上。
为何需要这么久？
小行星2016HO3表面不规则，自转速度快至28分钟/圈，表面引力仅为地球百万分之一。
基于此，天问二号探测器无法依靠引力吸附小行星，只能主动“拥抱”这颗高速旋转的星体。此外，地球与小行星2016HO3虽然都绕太阳公转，但二者相位差异巨大，探测器需要突破数亿公里航程，精准锁定一个仅足球场大小的天体。
与此同时，天问二号还必须独自应对深空中的极端温度变化、强烈的宇宙射线轰击以及微流星体等的潜在威胁。
为了应对这些威胁以及获取宝贵的科研数据，探测器上配备了多种先进科学设备。
据了解，天问二号探测器上配置了中视场彩色相机、多光谱相机、可见红外成像光谱仪、热辐射光谱仪、探测雷达、磁强计、带电粒子与中性粒子分析仪、喷发物分析仪、窄视场导航敏感器、激光一体化导航敏感器、旋转衍射高光谱相机等多台科学设备。
其中，各种不同的相机宛如天问二号明察秋毫的“眼睛”，能够从遥远距离捕捉小行星2016HO3的清晰影像，细致描绘其地形地貌；红外成像光谱仪等则如同探测器的“鼻子”，能“嗅到”并分析小行星表面物质的成分，揭示其组成物质的奥秘。
此外，为了应对漫长旅程和复杂任务，天问二号探测器上还装备了强大的能源系统——巨大的圆形太阳能帆板，确保探测器在远离太阳时也能获得充足能量；配备了高效推进系统，提供精确的轨道修正和姿态控制能力，使探测器能在茫茫宇宙中精准航行。
当天问二号探测器飞至主带彗星311P时，远离太阳使探测器需要更多的能源支持。巨大的圆形太阳能帆板应用了特别的能源控制技术，即便与太阳越来越远，探测器依旧具有飞往深空的能力。
此次天问二号的探测任务虽然周期长、目标远，给航天科研人员带来了不小的挑战和压力，但同时也提供了一个得天独厚的技术试验场——空间推进技术、空间能源技术、表面附着技术、微重力条件下采样技术等关键技术，都可以通过这次任务一试身手。
遥望太空，多种精密科学设备协同工作，帮助天问二号完成这场漫长的“星际马拉松”，揭开太阳系小天体的神秘面纱，也为未来火星取样的返回任务、小行星防御在轨验证任务等铺就基石。
也正因此，此次天问二号任务工程目标被明确为两点：一是突破弱引力天体表面取样、高精度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；二是为小行星起源及演化等前沿科学研究提供探测数据和珍贵样品。
茫茫太空，探索永不止步
此次任务中，有一个数字引发人们的热议与感叹：天问二号探测器此次任务的设计周期，长达“10年左右”。
其中，小行星2016HO3探测和采样返回包括9个阶段。发射段顺利完成后，探测器进入小行星转移段。这一阶段将持续约一年，期间需要实施深空机动、中途修正等操作，直到行至距离小行星约3万公里处。
随后依次进入小行星接近段、交会段、近距探测段，在近距探测段按照“边飞边探、逐步逼近”原则，天问二号对小行星开展悬停、主动绕飞等探测，确定采样区后进入采样段。
完成采样任务后，探测器将经历返回等待段、返回转移段，在返回转移段接近地球，返回舱与主探测器分离，之后独自进入再入回收段，预计于2027年底着陆地球并完成回收。此后，主探测器则继续飞行，前往主带彗星311P，开展后续探测任务。
这将是怎样的10年！凝望天问二号远去的航迹，人们看到的不仅是一个探测器10年不间断的孤独远征，更是人类对探索太空中未知的孜孜不倦的永恒渴望。
星辰并非遥不可及。天问二号探测器重约2.1吨，整个探测器翼展长达15米。茫茫宇宙中，天问二号探测器会不断调整姿态，伸出机械臂，用小小的身躯拓展人类探索未知的边界。
人类对未知的探索永不止步。
在天问二号探测器发射之前，我们已经发射了天问一号火星探测器，实现了在火星表面的软着陆；祝融号火星车实现了对火星表面巡视探测……
茫茫太空，中国航天探索的脚步越走越远。
伴随着中国航天行星探测工程研制能力不断迭代、不断进步，中国航天器一次次踏上穿越星际之旅，为人类揭开一个又一个关于宇宙的奥秘。
来源：中国军网-解放军报