[蚁三]天问二号十年之旅将带回什么

　　2025年5月29日1时31分，天问长征三号乙遥逐个〇运载火箭托举天问二号勘探器 ，号年从西昌卫星发射中心直上天穹。将带勘探器精准进入预订轨迹 ，天问敞开了为期十年的号年科学探究征途。天问二号的将带十年太空之旅会带回什么 ？探究太阳系小天体又将为我国的深空勘探打下哪些科学根底？今日咱们就来说一说。

　　天问二号使命并不是将带继天问一号之后的第2次火星勘探使命，而是天问我国行星勘探工程的重要组成部分 。该使命方案经过单次发射 ，号年完结对近地小行星2016 HO3、将带主带彗星311P/PanSTARRS(以下简称311P)这两颗太阳系小天体的天问科学勘探 。归纳来说
，号年这次行程是将带“一次往复加一次单程”
。

　　天问二号发射入轨后，先用一年时刻飞往榜首个方针：近地小行星2016 HO3 。这颗小行星环绕太阳的公转周期是365.77天，与地球的365.25天很挨近 。在高速公路上很难甩掉开得相同快的车，在太阳系里也是如此。所以，近地小行星2016 HO3在往后300年内
，都会一向和地球保持着38到100个地月间隔 ，若即若离地跟着地球转。与地球间隔较近 ，意味着这颗小行星比其他太阳系天体更易抵达，也意味着它与地球的来源演化有着深沉的根由。打个比方，它或许是地球的“发小” ，也或许是地月系构成时的副产品。

　　天问二号抵达近地小行星2016 HO3后，会以大约20公里的间隔伴飞一年。在此期间，依照“边飞边探，逐步迫临”的准则，它一边履行近间隔勘探使命
，一边选取适宜的着陆取样点 。之后 ，勘探器会从3公里远的停靠点逐步落到小行星外表 ，搜集100克以上的小行星样品。接下来 ，勘探器回到停靠点 ，再用半年多时刻回来地球。

　　不过，这次回来是“过家门而不入” 
：天问二号会放下一位“乘客”——小行星样品回来舱 ，由地上科研人员接手，而勘探器主体则使用地球的引力加快 ，并在离子电推进体系的驱动下 ，敏捷赶往下一个意图地 
，即主带彗星311P。这段旅程非常绵长
 ，勘探器大约需求飞翔7年才干抵达，随后在间隔方针20公里处伴飞并打开近间隔科学勘探，直至使命完毕。

　　主带彗星311P间隔太阳约3.3亿公里，处于火星与木星轨迹之间的小行星密布区域(即“主带”)里
。2013年，科学家发现这颗小天体有着6条彗星相同的尾巴
，引发了许多风趣的问题。比方，这颗小天体是主带的原住民仍是外来户？假定它“生于斯 ，长于斯”，那么可蒸发物质是如安在离太阳这么近的当地幸存至今的
？这一保存机制是否遍及？彗星在“蛰伏”期间的状况是怎样的 ？构成地球原始海洋的水有没有主带小行星的一份劳绩？

　　可以说，科学家对主带彗星311P的勘探成果寄予厚望
。地球上的进一步观测已标明
，主带彗星311P或许还有一颗卫星
，这一发现为天问二号的勘探使命供给了额定的研讨价值，也带来了更多技能应战。

　　小天体研讨方向喜忧参半。

　　天问二号的两个勘探方针都是太阳系小天体
 ，而小天体的勘探研讨可以归为两个首要方面：一是太阳系的来源和演化，二是小天体对地球的影响
。

　　在太阳系来源和演化范畴
，小天体一向是重要研讨方针。

　　小天体是太阳系中最早构成的天体之一，它们各自环绕太阳“索然无趣”地运转了几十亿年 ，和大行星比较
，这些原始天体在构成后的物理
 、化学性质改动最少 ，保留了太阳系构成前期的许多依据。

　　在航天科技打开从前，人类近间隔研讨小天体的途径只要陨石。大约80%的陨石是原始球粒陨石，构成于45亿年前的太阳系前期，较完好地保留了太阳系原行星盘凝集分馏和演化的前史。还有少量陨石是铁陨石 、石铁陨石或非球粒陨石，为熔融分异的产品 ，经历过各个成分熔融后逐次结晶的进程。它们的构成年代相同也是45亿年前的太阳系前期，但熔融结构叙述的是另一个故事：这类陨石从前处于某些小行星的内部，是高温的核或幔的一部分。那么 ，为什么有些小行星在太阳系前期发生了熔融分异 ，有些却没有经历过这种地质进程？熔融分异背面的物理机制是怎样的？在太阳系内的时刻和空间上有什么散布规则
？小行星主带上的许多小天体是由大行星原星子决裂而成，仍是由于许多原因无法凝集成大行星而保留了小天体形状？许多问题的背面，或许埋藏着太阳系来源与演化进程的头绪 。

　　在小天体对地球的影响方面，又有一喜一忧两个研讨方向。

　　喜乐方向的研讨是：地球构成之初是个火热枯燥的岩质星球 ，原始海洋的水很或许是由许多含水小天体碰击带来的 ，为地球上的生命化育供给了要害条件。国际上现有对陨石和小行星样品的研讨也发现了多种多样的有机物 ，包含芳烃、羧酸、磺酸 、富勒烯 、脂肪烃
、嘌呤
、嘧啶以及几十种氨基酸等，为地球生命来源供给了新思路 。

　　而忧患方向的研讨是：小行星碰击事情给地球生命带来的灾害
。闻名的恐龙灭绝事情自不待言 ，上世纪初的通古斯大爆炸是科学发达年代的榜首声警钟，就连今年年初的小行星2024 YR4碰击地球概率事情也把咱们吓了一大跳。小天体的运转轨迹很简单遭到各种要素影响 ，除了其他天体施加的引力扰动之外
，本身的形状、密度、物质散布 、自转速率、转轴朝向、外表温度改动等都是改动其运转轨迹的要素 。知道这些要素对小天体轨迹演化的影响，是猜测  、应对小天体碰击危险的根底。

　　此次 ，天问二号装备了10台科学载荷与1台搭载载荷
 ，由外至内地对两个小天体进行全方位的调查
。这些载荷首要有以下调查内容和科学意图。

　　1.小天体的“长相”中视场五颜六色相机 、窄视场导航灵敏器与激光一体化导航灵敏器打开小天体描摹研讨和轨迹动力学研讨，包含丈量小天体与勘探器之间的相对轨迹、构建精密三维立体模型和取样区的部分地势数据、丈量小天体的形状巨细和自转参数等根本物理特性 。

　　2.小天体的“体魄”热辐射光谱仪、可见红外成像光谱仪与多光谱相机从多个波段树立小天体的外表温度散布图和热惯量散布图，搜集外表光谱数据，用于研讨小天体的物质成分，参加这方面研讨的还有一台旋转衍射高光谱相机(搭载载荷)。此外 ，勘探雷达用来摸清小天体表层和次表层的分层结构
，打开小天体内部结构研讨。

　　3.小天体的“日子”条件这一使命兵分多路：磁强计搜集剩磁、磁化强度和带电特性等信息；带电粒子与中性粒子分析仪丈量太阳风通量散布 、温度、密度  、速度等参数，以及主带彗星邻近的中性气体成分与密度散布；喷射物分析仪丈量尘土粒子的物理特性
 、成分、含量和空间散布特征，用于研讨小天体的空间环境和或许存在的喷射物质。

　　立异取样技能应对不知道着陆状况
。

　　天问二号太空探究榜首站近地小行星2016 HO3的取样作业
，是整个勘探使命的重中之重 ，也是难度最大的一关。

　　小天体外表存在弱引力、不规则、物质特性不知道等难点
，这使得勘探器着陆时存在反弹 、倾倒 、介质习惯差而不能取样的危险，并增加了回来难度 。科学家现在对这颗小行星所知甚少，只能从亮度大致判别它的标准在40米到100米，跟一栋一般的写字楼差不多大 。这么小的天体 ，外表重力只要地球的百万分之一，与其说勘探器“落”下去，还不如说是“贴”上去
。此外，还要防范小天体对勘探器的自动碰击 。由于这颗小行星自转适当快，28分钟就能转一圈 ，假定它是个直径60米的球体 ，那么其赤道转速是每秒11厘米 ，或许超越小行星的外表逃逸速度。此刻 ，若勘探器不管不顾地登陆 ，很简单被它高低的外表横扫过来 ，撞回太空。

　　因而，天问二号在技能上做了许多立异 。针对或许发生的不同状况，天问二号规划了悬停、触碰 、附着3种取样形式。以附着形式为例 ，附着取样机器人的中心组成包含多关节机械臂和附着取样器。4条机械臂均散布于勘探器外围 ，每条机械臂有4个关节，平常折叠，着陆前打开。机械臂结尾装置有附着取样器 ，兼具附着固定和取样功用。也便是说 ，每条机械臂都是“手心里头有张嘴”。勘探器顶部设有压力发动机，在着陆时可以供给一个按压的力气，避免勘探器反弹，并在着陆后供给附着取样器“叮”进去的钻压力
。一起，每条机械臂都能实时感知附着取样器与小行星外表的接触力 ，并经过关节反驱，对着陆冲击进行耗散，就像咱们从高处往下跳时弯腿缓冲相同，完结自动软着陆。

　　天问二号的横向着陆速度规划为小于每秒5厘米 ，关于前面假定的“直径60米球体”，估计会挑选高纬度着陆(此处的星表速度较低) ，并尽力匹配小行星自转，以躲避横向碰击危险
。附着取样机器人还可以经过机械臂之间的步态和谐及附着取样器的屡次附着 ，在小行星外表匍匐，完结多点勘探。

　　附着成功后
，取样就好办些了 。附着取样器内部规划有超声波钻进组织和磨削打扫组织。前者可在小行星外表打孔 ，构成机械固连 ，后者可对打孔发生的样品进行搜集 。磨削打扫组织也可以经过砂轮和毛刷
，对整块的硬质附着部位进行磨削取样
 。

　　总归
，天问二号确实面临着一些特有的困难，如迄今最小的取样天体 、最弱的引力
、最快的自转速度等
。科技作业者的奇思妙想，最终将靠勘探器的实践体现来验证 。

　　构建太阳系勘探的根本工程才能。

　　天问二号是我国打开的初次小行星勘探使命，而且方针一上来便是两个知之甚少的天体，这在国际上可以学习的经历很有限，存在着许多应战
。

　　两个天体不光不知道要素许多，而且间隔较远，存在较大的通讯推迟。从地球发往近地小行星2016 HO3的信号至少要走50秒，而发往主带彗星311P的信号至少要走8分钟
。所以 ，勘探器有必要灵敏强健，具有敏捷的自主决议计划才能和对各种境况的强壮习惯才能
 ，可以应对突发的各种不知道状况。为了抵达主带彗星311P ，天问二号需在太阳风和宇宙线暴虐的行星际空间长时间飞翔，这对勘探器的可靠性也是个巨大的检测。

　　天问二号勘探使命越过了火星轨迹，方针悠远而且标准极小 ，对测控和导航精度提出了史无前例的要求
。为了服务天问二号，我国晋级了在探月工程和天问一号使命中屡建奇功的甚长基线干与丈量(VLBI)网络 ，在日喀则和长白山启动了两座新的40米射电望远镜 ，使我国的VLBI网络从“四站一中心”晋级到“六站一中心” ，等效口径从3200公里扩至3800公里 ，在X波段的分辨率提高了18%，测角才能优于2毫角秒(比如在北京察觉到广州的一只猫动了动耳朵)
，为我国深空勘探供给了更强的助力
。

　　天问二号的小行星样品回来舱也暗藏玄机。它与主勘探器别离后，将以每秒12公里的速度弹道式再入大气层，这是我国初次超第二宇宙速度地球再入 ，到时回来舱将接受每平方米12兆瓦的最大暖流，并在约2倍音速下开伞 ，这对回来舱的防热隔热 、结构强度以及气动进程稳定性等方面的要求均远超以往使命。

　　我国行星勘探工程的总体方针是要在2030年前后构建起太阳系勘探的根本工程才能，带动行星科学的打开前进。作为我国行星勘探工程的重要组成部分，天问二号使命是对太阳系的又一次英勇探究，必将体系促进行星科学根底研讨，推进深空勘探技能的打破 。

　　我国的天问二号一出马就要勘探两个方针，这是有底气的 。早在2011年 ，已完结月球勘探既定使命的嫦娥二号就开端了多个方针的航天实践，它先抵达150万公里外的地月拉格朗日L2点，成为世界上首个从月球直接去L2点的航天器；2012年
，它又从3.2公里远的当地飞掠了小行星托塔蒂斯。所以
，我国构建太阳系勘探的根本工程才能一向在堆集 ，每次成功的航天使命、惊险的设备救援 ，都是不断堆集 、立异打破的良机。接下来的天问三号火星取样回来 、天问四号木星勘探等使命，都将持续踩实来时的路途，为后来者踏出新的方向 。

　　(作者雷淼为我国科普作家协会会员) 。