“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年的任务期，还有人类尚未“抵达(dǐdá)”的在小天体表面稳定附着的“空白(kòngbái)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(suíhòu)将行星(xíngxīng)探测工程天问二号探测器送入预定轨道。 带着两个任务(rènwù)——探测小行星2016 HO3，完成采样任务并携样本返回(fǎnhuí)地球；再次上路(shànglù)，奔向主带彗星311P。它将(jiāng)刷新中国深空探测器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返回任务、小行星防御在轨验证任务等(děng)铺就基石。 然而，小天体(tiāntǐ)环境本身的不确定性(bùquèdìngxìng)，让任务变得与月球、火星等行星采样不同，天问二号将面临更多挑战。小行星采样难在何处？5月30日，封面新闻采访了小行星研究专家以及中国科学院(zhōngguókēxuéyuàn)紫金山天文台(zǐjīnshāntiānwéntái)研究员季江徽。 充满未知(wèizhī)的“振荡的天星” 2016 HO3 天问二号(èrhào)首先飞向地球(dìqiú)的准卫星2016 HO3。它于2016年被美国全景(quánjǐng)巡天望远镜和(hé)快速反应(kuàisùfǎnyìng)系统发现。其中“H”代表发现的时间段（4月下半月），O3表示在该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(mòzi)巡天望远镜在2024年(nián)3月29号拍到的2016 HO3 （图片来源: 紫金山天文台） “2016 HO3体积不大，估计直径仅(jǐn)有40到100米(mǐ)之间，大约为足球场那么宽。它(tā)的自转周期仅约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(lěnghú)赛什腾山(sàishénténgshān)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2025年5月，天文学家已确认地球拥有7颗准卫星。2016 HO3是其中之一(zhīyī)。为什么要(yào)选择(xuǎnzé)2016 HO3作为科学目标(mùbiāo)？它相对地球的最(zuì)近距离约1500万千米，最远距离约4500万千米。这颗目前处于与地球“共轨”特殊状态的小行星，公转周期365.75天，几乎与地球同步，是迄今发现轨道最稳定的地球“准卫星”。解答(jiědá)它的身世之谜，有可能解答小行星演化(yǎnhuà)、太阳系历史之谜。 然而，因为微重力环境，对小行星特性的不确定，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(miànlín)更大(gèngdà)挑战。 “因为小行星的微重力环境，探测器(tàncèqì)难以有效附着，如果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(liǎnggè)多小时后才稳定下来，但(dàn)落到了一处没有(méiyǒu)光照的悬崖下。”小行星研究专家李博士告诉记者。 “火星取样主要难点是(shì)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(dìqū)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(jīběn)都是未知的，要面临很大的不确定性。” 天问二号任务示意图。国家航天局探月与航天工程中心(zhōngxīn)制图 天问二号不能直接着陆，要不断试探、观察后(hòu)(hòu)，再择机选择采样点：它需要从(cóng)地球发射后，经过1年左右的轨道转移，再飞向小行星2016 HO3。“然后对(duì)小行星开展抵近探测，对其进行(jìnxíng)伴飞、绕飞，利用相机、光谱仪、雷达等科学载荷，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，携带样品返回地球，返回时间(shíjiān)约半年。”李博士介绍(jièshào)。这个小行星究竟是松散的碎石堆结构，还是一块坚硬的独石，这些都需要探测清楚后，才能确保(quèbǎo)万无一失。 季江徽强调，抵近的距离是逐渐降低的，“要在确保探测器安全的情况(qíngkuàng)下，观察(guānchá)目标小行星情况。” 在松散“碎石堆”或坚硬“独石”中找寻(zhǎoxún)采样点 小天体引力微弱，伴飞小天体需要探测器(tàncèqì)通过精确的轨道控制实现(shíxiàn)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(cǎiyàng)，弱引力无法自然“拉”近(jìn)探测器，坚硬表面易于造成(zàochéng)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)国外已实施的小天体采样任务采取了两种方式，一是(yīshì)日本“隼鸟号”“隼鸟二号”任务，通过(tōngguò)发射高速弹丸撞击小行星(xiǎoxíngxīng)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(dànqì)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(láiyuán)：中国空间技术研究院） 完成伴飞(bànfēi)、附着、采样，要求探测器的控制必须足够精确地“恰到好处”方式。天问二号采取了悬停、触碰(chùpèng)、附着三种取样方式。针对“砂石堆”型松散结构表面采用(cǎiyòng)(cǎiyòng)“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(xǔkě)的情况下实施附着采样，获取更丰富的样品。 然而，不管前路有多少未知(wèizhī)，天问二号出发了，带着人类对宇宙的好奇，踏上漫漫征途。一起期待(qīdài)返回舱(fǎnhuícāng)带回的关于“振荡的天星”2016 HO3的信息！