天问二号2025年升空 探索“振荡天星” 采样带回地球

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  中国航天再有壮举,继天问一号探索火星后,天问二号探测器定于2025年发射,它的目标是一颗名为“振荡天星”的神秘小行星,并将在这颗小行星上着陆,采集样本及带回地球;天问二号整个任务将长达10年。

天问二号|由主探测器和返回舱组成

天问二号设计和外形与探测火星的天问一号有很大分别。图为网上流传的天问二号外形。(网上图片)

  天问二号任务为“中国行星探测工程”一部份,该探测器研制工作早于2020年,亦即天问一号升空前后已启动;它曾名“郑和号”,后改用“天问”序列,而计划2028年前往火星采回样本的探测器,便顺延为天问三号。

  顺便一提,目前已披露“中国行星探测工程”任务还有天问四号,它预计于2029年发射,目标包括木星及其卫星“木卫四”。

  根据媒体报道,因为任务性质不同,天问二号设计和外形,与此前探火的天问一号有很大分别。

  它由主探测器和返回舱两部份组成。主探测器负责轨道控制和科学探测,配置多光谱相机、质谱仪等仪器,以及通信、采样装置、样品转移装置,采用离子电推力器和化学推进器的双模式推进系统。

天问二号|采集100克“振荡天星”样本

“振荡天星”编号2016 HO3,直径只有50多米。(网上图片)
“振荡天星”编号2016 HO3,直径只有50多米。这是“振荡天星”的图片。(网上图片)

  主探测器识别度最高的是一对太阳翼;太阳翼呈圆形,每个直径4.7米,面积达到17平方米,外形比探测器主体大得多。天问二号返回舱只占整个探测器的很小部份,最大直径约0.75米,比嫦娥六号返回舱1.25米还小,据报能采集样本约100克。

  曾担任中国首次火星探测任务工程总设计师的张荣桥此前确认,天问二号目标是一颗代号2016 HO3、名为“振荡天星”的太阳系小行星。

  这颗小行星的确很小,其直径仅有46至58米,大约是十多层楼高度;它环绕太阳的公转周期约366天,自转周期约28分钟,与地球最近距离521万公里,平均距离约2,000万公里,是地球与月球平均距离5倍。

  至于这么小,又这么远的“振荡天星”为何值得探索,它为何被称为“振荡天星”、又有何神秘身世,将另文再述。

天问二号|长征火箭发射 花1年飞近目标

天问二号将由长征三号乙火箭发射,该款火箭是中国目前发射高轨道卫星的主力。图为长征三号乙火箭。
天问二号将由长征三号乙火箭发射,该款火箭是中国目前发射高轨道卫星的主力。图为长征三号乙火箭。(网上图片)

  话说回来,天问二号2025年5月将由长征三号乙火箭在四川西昌发射,经过大约1年飞行后抵达“振荡天星”附近。

  由于小行星引力微弱无法支撑探测器的环绕飞行,天问二号需要调整轨道参数,实现对目标的环绕飞行,然后在大约1年时间中以携带的仪器展开采测,其中包括锁定采样区。

  接下来,天问二号将择机着陆“振荡天星”和取样。

  小行星取样返回,中国不是第一家,以往有日本的隼鸟号、隼鸟二号,以及美国的奥西里斯3个探测器实现过。但“振荡天星”特别的小,作业限制非常多,难度远超前三者。

  延伸阅读:天问三号2028年升空 带回火星土壤

天问二号|三套方案 附着采样难度最高

报道指天问二号有三套采样方案,当中的主方案的附着采样,探测器会直接着陆小行星上,难度最高。而触碰采样,探测器会像“蜻蜓点水”触碰小行星,并在短暂接触间采集样本;悬停采样,探测器将悬停在一定高度,伸出工具凌空“挖土”。
报道指天问二号有三套采样方案,当中的主方案的附着采样,探测器会直接着陆小行星上,难度最高。而触碰采样,探测器会像“蜻蜓点水”触碰小行星,并在短暂接触间采集样本;悬停采样,探测器将悬停在一定高度,伸出工具凌空“挖土”。(网上图片)

  为此,天问二号将有不同采样方案,包括短时间触碰采样、悬停采样和附着采样。

  作为主方案的附着采样,也就是直接在小行星着陆。因为小行星引力太低,探测器着陆后容易出现反弹、侧翻情况,所以附着采样技术难度极高,以往从未被应用。而短时间触碰方案如同“蜻蜓点水”,是此前隼鸟等3个探测器的采样方式,难度较低。

  不过,附着采样也会是最有成效的,因为天问二号可以在采样点作原位探测,收集的数据会更详尽。

  采样后天问二号将在“振荡天星”表面把样品转移至返回舱,然后飞离小行星,再择机飞返地球。据报道,它的返回过程又是大半年。

天问二号|后续拓展任务:探索遥远彗星

张荣桥称天问二号的拓展任务,是探测一颗新近发现的主带彗星。(图片来源:视觉中国)
张荣桥称天问二号的拓展任务,是探测一颗新近发现的主带彗星。(图片来源:视觉中国)

  接近地球后,天问二号主探测器和返回舱分离,后者将以弹道式返回方案高速再入大气层,把“振荡天星”约100克样品送到地球;这又是一个历史性时刻。

  等一等,天问二号自升空到送回样品,过程也就3年左右,刚才不是说它的任务长达10年吗?

  请注意,带回“振荡天星”样只是天问二号任务第一部份,与中国航天其他探测器类似,它还有第二部份的拓展任务。据张荣桥透露,天问二号还将前往探测新近发现的主带彗星311P。

  有报道称,天问二号将借助地球引力作重力加速,但飞向目标星体仍需要数年时间。

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