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◇天问二号(èrhào)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(màichū)了深空探测的新一步(yībù) ◇天问二号任务技术难度大，工程风险(fēngxiǎn)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(kǎoyàn) 文|《瞭望》新闻周刊(xīnwénzhōukān)记者 贾雯静 我国在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(tàncèqì)发射升空（2025年(nián)5月29日摄(rìshè)）才扬摄/本刊 5月29日1时31分，辉光照亮夜空。由(yóu)中国(zhōngguó)航天科技集团所属中国运载火箭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，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)二号探测器送入地球(dìqiú)至小行星2016HO3转移轨道。此后(cǐhòu)，探测器太阳翼正常展开，发射任务取得(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(tànsuǒ)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的追问。目前，天问一号探测器已获取珍贵(zhēnguì)火星(huǒxīng)(huǒxīng)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(shēnrù)。 如今，天问二号再(zài)次踏上星际探测征程，主要(zhǔyào)任务目标是对小行星2016HO3进行探测、取样并返回(fǎnhuí)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，国家航天局牵头实施天问二号(èrhào)任务，推动星际(xīngjì)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，工程全线攻坚克难(gōngjiānkènán)，协同攻关，确保了发射(fāshè)任务圆满成功。 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(cì)行星探测任务选用的(de)运载工具为长征三号甲系列运载火箭三兄弟中“力气最大”的长三乙火箭，该(gāi)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(gōngchéng)任务，曾执行过嫦娥三号、嫦娥四号等探月工程任务，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(wèiyuǎnmíng)表示，虽然已经执行了百余次发射任务，积累了丰富经验，但此次任务是长三乙火箭首次执行地球逃逸(táoyì)轨道发射，面临新(xīn)情况新挑战。 挑战(tiǎozhàn)一：速度要求更快。 魏远明介绍，以往发射地球(dìqiú)轨道范围内的载荷时，火箭分离速度达(dá)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(zuò)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(dìqiú)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(guǐdào)，火箭分离时(shí)速度须达到摆脱地球控制的第二宇宙速度，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(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(sùdù)达到每秒11.2千米的同时(tóngshí)，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(zàochéng)百万公里的级差。 这样严苛的(de)精度要求形象来说，就好比在上海投出一个篮球，不仅要命中位于北京的篮筐，还需确保(quèbǎo)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(chuāngkǒu)更窄。 小行星2016HO3运行(yùnxíng)轨道较为特殊，一方面既像其他小行星一样环绕太阳运行，且公转周期(zhōuqī)与地球相近；另一方面从地球上看，其轨道又围绕(wéirào)地球运行。 这种特殊运行轨迹使它与地球(dìqiú)的相对(xiāngduì)位置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(dǐjìn)小行星并实现有效探测。 经过专家团队(tuánduì)测算，此次发射任务的窗口期(chuāngkǒuqī)仅为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(dàilái)了更大的挑战(tiǎozhàn)。 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(èrhào)的发射任务就“花落”长三乙(zhǎngsānyǐ)火箭。为确保其可靠、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(xiétóng)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“双提升(tíshēng)”工程，完成了多条技术状态(zhuàngtài)变化的验证工作(gōngzuò)，确认了箭体结构(jiégòu)、增压输送、总装总测三大系统(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，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)探测器质量要求更为贴合。 在执行此发任务前，“双提升”后的长三甲系列火箭已经(yǐjīng)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的基础(jīchǔ)上，还运用了末速修正技术，在分离(fēnlí)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(bùjǐnrúcǐ)，研制人员经过(jīngguò)多轮(duōlún)协调，将连续3个发射日每天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。 火箭测控系统方面(fāngmiàn)，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调校，通过测控火箭外侧的飞行弹道(dàndào)、飞行姿态以及火箭内侧的气压、燃料使用情况、温度等指标，了解火箭整体飞行状态(zhuàngtài)。 本次测控系统还进行(jìnxíng)了全自动跟踪改造，借助AI算法(suànfǎ)让(ràng)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(qí)内部的电气、动力(dònglì)、火工等系统和装置已历经三年的迭代升级。”与此同时，型号团队(tuánduì)对箭上关键产品优中选优、加严验收、增加测试项目(cèshìxiàngmù)，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(de)设计思路，为全(quán)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、芯(xīn)一级、芯二级、芯三级(sānjí)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(pī)量生产管理模式，通过系统综合(zōnghé)试验、火箭总装和出厂测试并行开展，实施(shíshī)滚动出厂发射(fāshè)，实现流水线式柔性作业的运载火箭批生产，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 此次发射任务(rènwù)圆满成功，仅仅是天问二号(èrhào)任务漫长探测(tàncè)过程的“第一步”。“天问二号任务技术难度大，工程(gōngchéng)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。”多位受访专家提到。 天问二号任务共包含发射段(duàn)(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、返回等待段、返回转移段、再入(rù)回收段、主带彗星转移段、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，任务难点主要体现在时间周期长，能源需求量大(dà)。中国航天科技集团曾福明说，小行星2016HO3距离地球(dìqiú)1800万至(wànzhì)4600万公里，主带(zhǔdài)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。 为应对此挑战，曾福(céngfú)明说：“本次任务创新性采用大面积扇形柔性太阳翼设计，实现能源供给(gōngjǐ)与轻量化的效果。” 同时，探测器(tàncèqì)共配置11台科学设备，这些先进设备将(jiāng)助力探测器在飞行过程中对(duì)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、具体尺寸，表面物理状态，如物质组成等关键信息认知不足。这种(zhèzhǒng)不确定性对探测器(tàncèqì)自主化程度、多类型采样能力要求更高(gènggāo)，以应对潜在的样本(yàngběn)获取风险(fēngxiǎn)。 另一方面，还需要突破弱引力条件下的附着与采样难题。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(nányǐ)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(yīncǐ)，于有限时间(shíjiān)内完成采样任务(rènwù)并将样本装进容器(róngqì)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情况。”中国航天科技集团陈春亮说(shuō)。 在考验中积累(jīlěi)宝贵经验和科学财富 曾福明(céngfúmíng)等受访专家表示，天问二号任务面临多重考验，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(jìnxíng)验证和创新。 这也是此次任务的工程目标(mùbiāo)之一——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(děng)一系列(yīxìliè)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(chǎnchū)上具有显著特点。 一方面创新小天体采样(cǎiyàng)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(zhìnénghuà)航天器发展，针对目标天体(tiāntǐ)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(huòqǔ)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。 锁定工程目标(mùbiāo)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、中国科学院国家天文台研究员刘建军介绍，小行星是太阳系(tàiyángxì)中一种非常独特的天体，形成于太阳系早期约45亿年(yìnián)前(qián)，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。 而目标小行星2016HO3是(shì)在(zài)2016年(nián)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(zhōng)万里挑一，科学家对其起源也众说纷纭，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(zhǔdài)彗星311P同样具有特殊性，又称活跃小行星(xiǎoxíngxīng)，其轨道位于主带小行星上，同时具备彗星喷发的特征，也承载着重要的科学探索意义(yìyì)。”天问二号任务地面应用(yìngyòng)系统总师、中国科学院国家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(zìzhuàn)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(yánjiū)；二是(èrshì)开展小行星和主带彗星的形貌、物质组分、内部结构(nèibùjiégòu)以及可能的喷发物等研究；三是开展样品(yàngpǐn)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(dào)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。