光明日報記者 張曉華 光明日報通訊員 蔡金曼 李儀
5月29日凌晨，伴隨着長征三號乙運載火箭升騰的烈焰，天問二號從西昌衛星發射中心順利升空，隨後進入預定軌道，踏上為期10年左右的“遠征”。
與天問一號任務目標不同，天問二號主要任務目標是對小行星2016HO3進行探測、取樣並返回地球，此後再對主帶彗星311P開展科學探測。天問二號為何選擇這兩顆天體作為探測目標？這一探索過程又將對我國推進行星探測工程有何助益？
發射瞬間 新華社發
雙星探測彰顯中國航天智慧
小行星是太陽系的重要組成部分，它們在太陽系形成早期就已存在，保留着太陽系早期形成和演化歷史的遺迹，是研究太陽系起源的“活化石”。
2016年，2016HO3首次進入人類觀測視野。經過軌道觀測和計算模擬發現，這顆小行星圍繞太陽的公轉周期幾乎與地球同步，並與地球保持着微妙的距離，被稱作地球的“准衛星”。對其開展探測和表面樣品研究，有可能回答准衛星的起源，以及軌道演化歷史和未來趨勢等科學問題，並為小行星乃至太陽系的形成和演化過程提供科學依據。
根據目前的任務計劃，天問二號將率先“拜訪”2016HO3。“任務的影響因素有很多，實施難度很大。”中國航天科技集團專家曾福明坦言。在着陸採樣前，天問二號將對2016HO3進行全面“體檢”，通過詳盡的遙感、測繪獲取其熱輻射狀態、表面特徵、密度、成分等信息，並尋找最佳着陸點，之後實施採樣並返回地球。
用返回艙將小行星樣品送回地球後，天問二號主探測器並不會返回地面，而是利用地球引力彈弓效應完成一次加速，繼續飛向主帶彗星311P執行探測任務。
主小行星帶位於火星和木星軌道之間，太陽光輻射較強，小行星的揮發物難以保留，因此主帶內的小行星多以岩質為主。而現有觀測表明，311P擁有6條形似彗尾的結構。
這些“彗尾”中是否含有水分子？它的噴發能量從何而來？它如何將冰或其他揮發物保留至今？如果小行星帶真的存在水冰，地球海洋起源是否需要重新審視？這些未解之謎，具有巨大的研究價值，同時也對天問二號探測任務提出了技術挑戰。
“這兩顆星可謂萬里挑一。”行星探測工程天問二號任務副總師、中國科學院國家天文台研究員劉建軍表示。
“針對2016HO3小行星和311P主帶彗星科學探索任務，天問二號探測器搭載了11台科學載荷，將對相關天體地貌、物質組分、內部結構、可能的噴發物以及軌道力學等方面開展研究。”國家航天局探月與航天工程中心副主任、天問二號任務新聞發言人韓思遠說，在取得小行星樣品後，還將對樣品的物理特性、化學與礦物成分和結構構造等方面開展研究測定，“我們希望通過天問二號任務實施，能夠在這兩類小天體的認知、起源、演化等方面取得科學研究突破。”
跑好小行星探測“第一棒”
天問二號要奔向小行星，必須擺脫地球引力，即與火箭分離時的速度要超過11.2千米/秒的第二宇宙速度。同時，由於目標小行星體積小、質量小、引力弱，捕獲難度大，這對火箭的速度、能量和入軌精度都提出了極高要求。
“它的入軌精度，就好比在上海投出一個籃球，要投中位於北京的籃筐，還要保證籃球入筐時的飛行角度和速度。”中國運載火箭技術研究院工程師張亦朴介紹，此次火箭入軌速度達到並超過第二宇宙速度的同時，速度偏差不能超過1米/秒，否則可能造成百萬公里的級差。為此，研製團隊在採用迭代制導技術的基礎上，還運用了末速修正技術，在分離前實時調整火箭的速度、姿態等，確保天問二號精準踏上深空之旅。
作為我國高軌主力運載火箭，長三乙火箭能夠成為天問二號探測之旅的“專屬座駕”，還在於它是長征三號甲系列運載火箭中“力氣”最大的，特別是經過運載能力和可靠性“雙提升”工程後，其地球同步轉移軌道運載能力已提升至5.55噸，與天問二號探測器質量要求更為貼合。
其實，更大的挑戰在於，小行星探測的軌道設計複雜性較高，對發射窗口要求嚴格。為了給探測器保留更多燃料，以更好地完成後續任務，火箭型號團隊精心準備，最終實現“零窗口”按時發射，順利跑完小行星探測“第一棒”，為後續任務成功增加了更多保障。同時，針對連續3天的發射窗口，型號團隊還將原本每天1套、共計3套的火箭飛行程序簡化為1套，進一步提高火箭的可靠性和任務適應性。
力爭揭開更多宇宙奧秘
2012年，嫦娥二號近距離飛越圖塔蒂斯小行星，並獲得該小行星的高分辨率彩色影像，成功實現我國首次對小行星的飛越探測；2020年，嫦娥五號實現我國首次地外天體自動採樣返回；2024年，嫦娥六號完成人類首次月球背面採樣返回之旅……近年來，我國在深空探測和採樣方面取得的一系列成果振奮人心。
然而，不同於嫦娥二號與小行星“擦肩而過”，也不同於嫦娥五號、嫦娥六號的月表取樣，天問二號將去小行星“登門做客”。根據目前的觀測數據判斷，2016HO3的個頭很小，直徑約為40米至100米，幾乎處於零重力環境。“已有的觀測和分析無法確定小行星的表面特性，即它到底是一整塊的岩石，還是由鬆散的碎石堆組成。”行星探測工程天問二號任務地面應用系統總師、中國科學院國家天文台研究員蘇彥說。
如何在如此複雜的條件下和有限的時間內完成穩定附着及採樣，成為天問二號面臨的重大挑戰。
為應對2016HO3自轉速度、星表性狀未知等不確定性，天問二號設計有觸碰、懸停、附着3種採樣模式。除了“蜻蜓點水”式的秒級觸碰方式外，天問二號還將根據實際情況，在距離小行星表面一定高度實施懸停採樣，或在小行星表面微重力環境下開展附着採樣，盡最大可能獲取小行星樣品。
此外，我國去年落成啟用的日喀則和長白山40米射電望遠鏡，將我國的甚長基線干涉測量（VLBI）網絡等效口徑從3200公里擴展到約3800公里，這也將為天問二號的太空征程提供強勁助力。
天問二號任務是中國航天接續星際探測新征程的重要舉措，任務實施周期長、風險難度大。為此，工程全線攻堅克難、協同攻關，確保了發射任務圓滿成功，邁出天問二號任務漫長探測過程的“第一步”。
期待天問二號執炬前行，按計劃完成各項探測任務，揭開更多宇宙奧秘。
（光明日報西昌5月29日電）
《光明日報》（2025年05月30日 08版）
來源： 光明網-《光明日報》
