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2025年5月29日1时31分,由航天科技集团五院抓总研制的天问二号探测器,搭载长征三号乙Y110运载火箭在西昌卫星发射中心发射升空。随后,天问二号顺利进入小行星转移轨道,太阳翼顺利展开,发射任务取得圆满成功。
▲火箭升空(任长胜 摄)
天问二号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。作为我国行星探测工程的重大专项任务,天问二号承载着中国人对宇宙的梦想与好奇,开启了我国星际探测新征程。
中国人的又一次“天问”
深空探测是极其复杂的航天任务,充满了各种各样的风险与挑战。在国际上,深空探测任务的成功率只有一半左右。自2004年中国探月工程正式立项以来,我国在深空探测领域连续成功,探月探火取得重大成果。由五院抓总研制的“嫦娥”系列探测器,圆满完成全部任务目标,奋力托举创造了世界月球探测史的中国纪录。其中,嫦娥四号实现人类航天器首次在月球背面巡视探测,嫦娥六号完成了人类历史上首次月球背面采样。2020年,中国行星探测任务被命名为“天问”系列。天问一号于2020年7月23日发射,2021年5月15日成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,迈出了我国星际探测的重要一步,实现了从地月系到行星际的跨越,在火星上首次留下中国人的印记。中国也由此成为世界第二个成功着陆火星的国家。
当前,新一轮科技革命和产业变革突飞猛进,科技创新深度显著加深,深空探测成为科技竞争的制高点。习近平总书记一直以来对深空探测发展寄予厚望,作出一系列重要指示,强调要“坚持科技自立自强,精心推进行星探测等航天重大工程”“接续实施好深空探测等航天重大工程”,期待“一步一个脚印开启星际探测新征程”。
沿着习近平总书记指引的前进方向,在工程总体和集团公司的正确领导下,五院天问二号探测器研制团队很早便启动了设计、研制等工作。多年来,队伍牢记殷切嘱托,坚持守正创新,大力弘扬“两弹一星”精神、探月精神,勇于挑战、追求卓越,既满怀“敢上九天揽月”的豪情,更心存“质量第一”的敬畏,精心推进各项任务。在发射场工作期间,队伍始终保持“视同生命的责任心、如履薄冰的敬畏心、宁静专注的平常心”,抓细抓实各项工作,真正做到忠诚担当扛责任、凝心聚力保成功。
“日月安属?列星安陈?”屈原的《天问》驰目骋怀,被誉为“千古万古至奇之作”。在第九个“全国科技工作者日”和中国传统节日端午节到来之际,天问二号飞天而去、叩问苍穹。承继古代先哲的深邃思索,探索更加遥远的浩瀚宇宙,中国人向着科技发展的最前沿,向着人类认知的新边界,发出了又一次“天问”。
去小行星干啥?
按照任务规划,天问二号将首先前往近地小行星2016HO3,对其进行科学探测,并采样返回。
天文学家认为,小行星和彗星是太阳系形成时残留下来的初始物质,它们保存了太阳系形成时大量的珍贵信息,是研究太阳系形成和演化的考古样品,小行星和彗星也有可能是地球上生命起源的摇篮。对小行星和彗星进行探测,不仅可以验证大量深空探测新技术,而且具有重大科学意义。
近地小行星2016HO3是在2016年4月26日这一天被人类“捕捉”到的,是人类目前发现的地球准卫星之一。经科学家分析推测,这颗小行星很有可能是某次远古撞击的抛射物,堪称“太阳系的活化石”,对其进行探测具有重大科学意义。
探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦。在人类发现这颗小行星不久后的2016年5月30日,习近平总书记在“科技三会”上发表重要讲话,号召向世界科技强国进军,并强调“浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索,必须推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展”。《2016中国的航天》白皮书展望了火星探测、小行星探测等任务。
继天问一号成功开展火星探测后,天问二号以小行星为探测对象。此前,由五院抓总研制的嫦娥二号月球探测卫星,在完成探月既定任务和目标后飞向更远的深空,期间在2012年12月与4179号小行星“图塔蒂斯”交会并捕获影像,对其开展了国际首次近距离光学探测,为小行星探测积累了宝贵经验。
经过深入的研究论证,天问二号任务选定近地小行星2016HO3为首站,进行科学探测并采样返回。这一任务的实施,不仅牵引一系列关键核心技术攻关,而且将填补我国在小行星探测领域的空白,为人类探索太阳系的起源、演化和生命起源提供重要科学数据,回应一系列关键科学问题,为进一步推动我国空间科学、空间技术、空间应用全面发展和提升我国在深空探测领域的国际竞争力与战略优势提供重要助力。
在小行星采样有多难?
天问二号的关键任务,是实现我国首次小行星采样返回。在此之前,我国已经成功实施了嫦娥五号月球表面采样返回、嫦娥六号月球背面采样返回。与月球采样任务不同,小行星采样具有“微引力、不确定、时延大”等特点。对这颗近地小行星2016HO3进行采样,挑战更是空前。
“微引力”,是因为2016HO3直径有限,而且自转速度快,其表面物质承受着巨大的离心力,表面引力仅为地球的百万分之一。面对这样极其微弱的引力条件,天问二号在与2016HO3接触过程中,稍有不慎就有着“侧翻”的风险,星壤也易四处飞溅。
“不确定”,是因为没有探测器长期观测过它,许多关键参数都只能通过其他小天体的数据推测,因此目前对2016HO3的特性认识极其有限,先验知识极为匮乏。在采样任务中,天问二号必须进行一系列复杂操作,开展大量探测并作出最优策略,全程充满考验。
“时延大”,是因为2016HO3的轨道非常特殊,较月球的38万千米测控时延更大,无法采用传统的地面遥控操作模式。这些特点决定了天问二号必须具备全自主采样能力。
面对重重难关,五院天问二号探测器研制团队勇于挑战、追求卓越,采取“边飞边探边决策”这一重要策略创新,设计了一场历时数月的“太空探戈”。届时,天问二号不仅将跟随2016HO3的“舞步”实现近距离观测,而且将对其进行绕飞,从而获得小行星两极和赤道等位置更加全面的数据。基于持续深入的观测,摸透2016HO3的情况,揭开小行星自转特性、形状尺寸、地形地貌、星壤特性、温度特性的神秘面纱,进而得到一系列“候选采样区”。
这段“双人舞”虽需耗时较长,但十分必要。只有得到了详细的探测数据,才能解开摆在采样前面的谜题:2016HO3到底长啥样?哪里适宜当“候选采样区”?拟采样的区域是硬还是软、是碎石堆还是一块大石头?只有判定了天体表面的具体特性,才能科学选择具体的采样方式,为确保任务成功奠定基础。
不止小行星,还要去彗星
在国际上,深空探测任务经常采用多目标、多任务的探测方式。我国在嫦娥二号任务中采取这一方式,取得了丰富成果。基于长期的关键核心技术攻关与工程实践,五院在深空探测领域积累了丰富经验。五院天问二号探测器研制团队增强志气、骨气和底气,以强烈的创新自信与主动精神,勇攀航天科技高峰。
根据任务设计,天问二号采取多目标、多任务、多模式的探测方式,在对2016HO3进行科学探测并采样返回后,还将对主带彗星311P进行科学探测。这也将是中国航天首次实施“单次任务双目标探测+小行星采样返回+十年超长寿命”的复合任务。
在太阳系中,主带彗星311P也是十分罕见的天体,它是在2013年被美国Pan-STARRS望远镜在火星与木星轨道之间的主小行星带内发现的。观测显示,311P在一段时间内会喷发出六条尾迹,其形成机制和成分引起了科学家的极大兴趣。对其开展探测,有望揭示主带天体如何保留挥发物,为研究太阳系演化机制提供关键样本。
据研制人员介绍,天问二号任务目标多样,具有“一次发射,两个目标,三种任务形式(伴飞、采样、返回)”的鲜明特点,以“精准交会、有效探测、成功采样、可靠电推、安全返回”为五大任务目标。任务周期之长在我国深空探测领域尚属首次,且在轨不同飞行阶段面临多变、恶劣的复杂环境,给探测器产品和部件长寿命、高可靠设计带来了极大挑战。
天问二号任务的工程目标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。
天问二号任务的科学目标则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、化学与矿物成分、同位素组成和结构构造,开展小行星和太阳系早期的形成与演化研究。
“银箭扶摇起,天问赴幽寰。星槎探远域,芥子窥玄元。轨跃星河近,风回玉宇寒。明朝携星砾,深空谱新篇。”在发射场工作期间,五院天问二号任务试验队员以诗抒怀,用这首《西昌星夜送天问》道出了大家共同的心声。
此刻,在星空之中,天问二号正在向着宇宙深处飞去。在地面,五院天问二号任务飞控队伍正在全神贯注地工作,精心做好飞行控制每一项操作,全力护航天问二号的飞行之路。大家决心,一定要让中国人探索太空的脚步迈得更稳更远!
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