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◇天问二号主要任务目标是对小行星2016HO3进行探测(tàncè)、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(shíshī)小行星采样返回任务，迈出了深空探测的新一步(yībù) ◇天问二号任务技术难度(jìshùnándù)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 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(yòng)长征三号乙运载火箭，成功将(jiāng)行星探测工程(gōngchéng)天问二号探测器发射升空（2025年5月29日摄）才扬摄/本刊 5月29日1时31分，辉光照亮夜空。由中国航天科技集团所属(suǒshǔ)中国运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)技术研究院抓总研制的长征三号乙Y110运载火箭（下称长三乙火箭），在西昌卫星发射中心(xīchāngwèixīngfāshèzhōngxīn)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(èrhào)探测器送入地球至小行星2016HO3转移轨道。此后，探测器太阳翼正常展开，发射任务取得圆满成功，标志着(zhe)我国天问二号探测任务顺利启程，为后续深空探索(tànsuǒ)跑好(hǎo)关键“第一棒”。 自2020年中国航天日启动“天问(tiānwèn)”系列以来，这一以屈原诗句命名的(de)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火星原始科学数据(shùjù)，形成(xíngchéng)了标准数据产品，火星探测持续走向深入。 如今，天问(tiānwèn)二号再(zài)次踏上星际探测征程，主要任务目标是对(duì)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。 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任务，推动星际探测征程接续(jiēxù)前进，迈出了(le)深空探测的新一步。任务实施周期长，风险难度大，工程(gōngchéng)全线攻坚克难，协同(xiétóng)攻关，确保了发射任务圆满成功。 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(fāshè)，本次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(huǒjiàn)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任务，曾执行过(guò)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的单一型号火箭。 中国航天科技集团魏远明表示，虽然已经执行(zhíxíng)了百余次发射(fāshè)任务，积累了丰富(fēngfù)经验，但此次任务是长三乙火箭首次执行地球逃逸轨道发射，面临新情况新挑战。 挑战(tiǎozhàn)一：速度要求更快。 魏远明(wèiyuǎnmíng)介绍，以往发射地球轨道范围内的载荷时，火箭分离速度达第一宇宙速度每秒7.9千米即可，此(cǐ)速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动所(suǒ)需的最小速度。 此次任务发射目标并非绕地球旋转的卫星，航天器必须完全脱离地球引力控制进入逃逸轨道(guǐdào)，火箭分离时速度须达到摆脱地球控制的第二(dìèr)宇宙速度，最低要求为(wèi)每秒11.2千米。 “这对火箭的运载(yùnzài)能力、履约(lǚyuē)能力等都提出了更高要求。”魏远明说。 挑战二：精度要求(yāoqiú)更高。 “小行星本身体积小、质量小、引力弱，捕获难度大，对火箭(huǒjiàn)入轨精度(jīngdù)要求高。”中国运载火箭技术研究院张亦朴介绍，此次火箭入轨速度达到每秒(měimiǎo)11.2千米的同时，速度偏差不能(bùnéng)超过1米，才能将天问二号精准送入轨道，否则可能会造成百万公里的级差。 这样严苛的精度要求(yāoqiú)形象来说(láishuō)，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)篮球入筐时的飞行角度与速度都恰到好处。 难点(nándiǎn)三：发射窗口更窄。 小行星2016HO3运行轨道较为特殊，一方面既像其他小行星一样环绕太阳运行，且公转周期与地球(dìqiú)(dìqiú)相近；另一方面(lìngyìfāngmiàn)从地球上看，其轨道又围绕地球运行。 这种特殊运行轨迹使它(tā)与地球的相对位置和运动状态较为(jiàowéi)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小行星并实现(shíxiàn)有效探测。 经过专家团队(tuánduì)测算，此次发射任务的窗口期仅为5月(yuè)29日到31日连续3天，每天只有4分钟。加之目标小行星(xiǎoxíngxīng)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(yāoqiú)无疑给型号团队带来了更大的挑战。 多方(duōfāng)协同、技术迭代确保发射“万无一失” 早在2018年，天问二号的发射(fāshè)任务(rènwù)(rènwù)就“花落”长三乙火箭。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”工程，完成了(le)多条技术状态变化的验证工作，确认了箭体(jiàntǐ)结构、增压(zēngyā)输送、总装总测三大系统数十个重点(zhòngdiǎn)关注项目，并对总装全过程状态从严(cóngyán)要求，针对性梳理了装配(zhuāngpèi)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，与天问二号探测器质量(zhìliàng)要求更为贴合。 在执行(zhíxíng)此发任务前，“双提升”后的长三甲系列火箭已经连续成功发射16次，不断(bùduàn)验证着该工程的可靠性。 确保精确入轨方面，研制团队在采用迭代(diédài)制导技术的基础(jīchǔ)上，还运用了末速修正技术，在分离前实时调整火箭(huǒjiàn)的速度、姿态等，确保满足入轨精度要求。 不仅如此，研制人员经过多轮协调，将连续(liánxù)3个发射日每天1套发射轨道程序简化为(wèi)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(rènwù)适应性。 火箭测控(cèkòng)系统(xìtǒng)方面，西昌卫星发射(fāshè)中心马忠权介绍，为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、飞行姿态(zītài)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。 本次测控(cèkòng)系统(xìtǒng)还进行了全自动跟踪改造，借助AI算法让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(yìngjí)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，其内部的电气、动力(dònglì)、火工等系统和(hé)装置已历经三年的迭代升级。”与此同时，型号(xínghào)团队对箭上关键产品优中选优、加严验收、增加测试项目，严格控制火箭技术(jìshù)状态变化。 此外，“长三乙火箭还采用了通用化、系列化、组合(zǔhé)化的设计思路，为全流程研制生产效率提速。”中国运载火箭技术(jìshù)研究院覃艺说。 例如施行“去任务化”的设计研制(yánzhì)模式，即火箭助推器、芯一级、芯二级(èrjí)、芯三级等产品都实现通用化和(hé)组批投产，提高生产效率，缩短履约周期。 再如施行批量生产管理模式，通过系统综合试验、火箭总装和出厂测试并行开展，实施(shíshī)滚动出厂发射，实现(shíxiàn)流水线式柔性作业的运载火箭批生产，达到(dádào)年生产发射15发火箭的能力水平，更好应对(yìngduì)任务需求。 后续探测、采样阶段仍存(réngcún)不确定性 此次发射任务圆满成功，仅仅是(shì)天问二号任务漫长探测过程的“第一步”。“天问二号任务技术难度大，工程风险高，设计任务周期10年左右，后续环节的不(bù)确定(quèdìng)因素对于这场漫长征程来说是一场持续考验。”多位(duōwèi)受访专家提到。 天问二号任务共(gòng)包含(bāohán)发射段(duàn)、小行星转移段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距探测段、小行星采样段、返回等待(děngdài)段、返回转移段、再入回收段、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。中国航天科技集团曾福明说，小行星2016HO3距离(jùlí)地球1800万至4600万公里，主带彗星311P距离地球1.5亿至(yìzhì)5亿公里，距离地球远(yuǎn)，通信存在较长延迟。这对能源管理、智能控制以及产品(chǎnpǐn)的寿命、可靠性等方面都(dōu)提出了较高要求。 为应对此挑战，曾福明说：“本次任务创新性采用(cǎiyòng)大面积扇形柔性太阳翼设计，实现能源供给与轻量化的效果(xiàoguǒ)。” 同时(tóngshí)，探测器共配置11台科学设备，这些先进设备将助力探测器在飞行过程中对小行星和主带彗星(huìxīng)进行(jìnxíng)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(zài)采样阶段，难点一方面体现在目标天体(tiāntǐ)的未知(wèizhī)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(xíngzhuàng)、具体尺寸，表面物理状态，如物质组成等(děng)关键信息认知不足。这种不确定性对探测器自主化程度、多类型采样能力要求更高，以应对潜在的样本获取风险。 另一方面，还需要突破弱(ruò)引力条件下的附着(fùzhuó)与采样(cǎiyàng)难题(nántí)。据了解，小行星2016HO3质量较小，几乎处于零重力环境，坚硬表面易造成探测器反弹，松散表面又难以阻止探测器下陷(xiàxiàn)，加之其处于高速(gāosù)自转状态，探测器的控制必须足够精确(jīngquè)。因此，于有限时间内完成采样任务并将样本装进容器难度较大。“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。 在考验中积累宝贵经验和(hé)科学财富 曾福明等受访专家表示，天问二号任务面临多重(duōzhòng)考验，是我国深空探索不断深入的(de)重要实践，从中可以积累宝贵经验，不断对关键技术进行验证(yànzhèng)和创新。 这也(yě)是此次任务的工程目标之一——突破弱引力天体表面取样、高精度相对(xiāngduì)自主导航与(yǔ)控制、小推力转移轨道设计等一系列关键技术。锚定(máodìng)这一工程目标，天问二号任务在技术创新和科学产出上具有显著特点。 一方面创新小天体采样方式(fāngshì)，除触碰采样方式外，天问二号任务还将根据(gēnjù)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航天器发展，针对目标(mùbiāo)天体特性未知等难题，探测器将采用“边飞边探边决策”的策略，获取目标天体特性信息后(hòu)，在(zài)地面策略指导(zhǐdǎo)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(yánjiūyuán)刘建军介绍，小行星是太阳系中一种非常独特的天体，形成于太阳系早期约45亿年前，没有(méiyǒu)经过类似于地球一样的演化过程，基本(jīběn)保持原有状态，对(duì)地球和太阳系的研究均具有重要意义。 而目标小行星2016HO3是在2016年发现的地球第(dì)5颗（共7颗）准卫星，非常稀缺，在上百万个小天体中万里挑一(tiāoyī)，科学(kēxué)家对其(qí)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。 “主带彗星311P同样具有特殊性，又称活跃(huóyuè)小行星，其轨道(guǐdào)位于(wèiyú)主带小行星上，同时具备彗星喷发的特征(tèzhēng)，也承载着重要的科学探索意义。”天问二号任务地面应用系统总师、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(xiǎoxíngxīng)和主带彗星(huìxīng)的多项物理参数(cānshù)。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(yàngpǐn)的实验室分析研究，测定样品物理性质、化学(huàxué)与矿物成分，开展小行星和太阳系早期(zǎoqī)的形成与演化研究。 深空探测道阻且长，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(qǔde)更多原创科学成果，揭开更多宇宙(yǔzhòu)奥秘，增进人类(rénlèi)认知。