◎本報記者 付毅飛 何沛蓯
5月29日凌晨，長征三號乙Y110運載火箭從中國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，將行星探測工程天問二號探測器送入地球至小行星2016HO3轉(zhuǎn)移軌道，開啟小行星探測與采樣返回之旅。
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(fā)言人韓思遠介紹，天問二號任務是我國首次實施行星際取樣返回任務，計劃對小行星2016HO3開展伴飛探測和取樣返回，并飛至小行星帶對311P主帶彗星開展科學探測活動。任務以采集小行星樣品并返回地球作為成功標志。
記者從國家航天局了解到，天問二號任務整個飛行過程復雜且精細，包含13個飛行階段，設計任務周期10年左右。
為何挑戰(zhàn)雙星探測？
加深對小天體起源演化認知
天問二號任務艱巨復雜，包含多項特點和亮點。
2016HO3是地球的一顆“準衛(wèi)星”，其穩(wěn)定運行于地球軌道附近，公轉(zhuǎn)周期與地球公轉(zhuǎn)周期接近。根據(jù)前期科學研究，該小行星很有可能保留著太陽系誕生之初的原始信息，對研究太陽系早期物質(zhì)組成、形成過程和演化歷史具有極高的科研價值。
311P主帶彗星是運行于火星與木星軌道之間小行星帶中的小天體，同時具有傳統(tǒng)彗星的物質(zhì)構(gòu)成特征和小行星的軌道特征。對該主帶彗星進行探測，能夠促進對小天體物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)以及演化機制的探索。
針對上述科學探索任務，天問二號探測器攜帶了11臺科學載荷，將對相關天體地貌、物質(zhì)組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、可能的噴發(fā)物以及軌道力學等方面開展研究。如果成功取回科學樣品，科技人員將對樣品物理特性、化學與礦物成分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?！表n思遠說。
到小行星“挖土”有多難？
微重力環(huán)境下采樣無處著力
相比我國此前實施的月球、火星探測任務，天問二號任務的探測目標不同，涉及的技術(shù)難點也不相同。
一是任務距離跨度大。2016HO3小行星距離地球約1800萬至4600萬公里，311P主帶彗星距離地球約1.5億至5億公里，通信存在較長延遲。距離遠、目標多、周期長，對軌道設計、能源管理、智能控制，以及工作狀態(tài)的長壽命、高可靠等方面都提出很高要求。
二是目標天體特性存在未知。根據(jù)現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)，2016HO3小行星的自轉(zhuǎn)速度、表面狀態(tài)等具體情況尚存不確定性。對此，科研團隊為探測器制定了“邊飛邊探邊決策”的策略，提高了探測器智能化自主化程度，并設計了3種采樣方式，以應對相關不確定因素。
三是弱引力條件下采樣。相比“嫦娥”在月球上挖土時的表取和鉆取，小行星的微重力環(huán)境會讓探測器無處著力。據(jù)判斷，2016HO3小行星的平均直徑約41米，幾乎是零重力，而且處于高速自轉(zhuǎn)狀態(tài)。在這種復雜條件下，探測器要利用有限時間完成穩(wěn)定附著及采樣，任務難度極大。為盡最大努力獲取樣品，天問二號將嘗試多種采樣方式。
獲取樣品后，天問二號探測器將等待合適的時機，把樣品送回地球。接近地球時，裝著樣品的返回艙將與主探測器分離，獨自再入地球大氣層。如果一切順利，大概在2027年底，科學家就能簽收這份小行星“土特產(chǎn)”。而投送完“包裹”的天問二號則要繼續(xù)飛行，前往主帶彗星311P，開展后續(xù)科學探測任務。
入軌精度要求有多高？
好比從北京投籃命中上海籃筐
當日實施的發(fā)射，長征三號甲系列運載火箭首次執(zhí)行地球逃逸軌道發(fā)射任務，其中頗有講究。
記者從中國航天科技集團一院了解到，以往地球軌道范圍內(nèi)的發(fā)射任務，火箭分離速度為大約每秒7.9千米的第一宇宙速度，而在此次任務中，火箭分離速度需超過約每秒11.2千米的第二宇宙速度。在綜合考量火箭運載能力、履約能力和可靠性等因素后，長征三號乙運載火箭被選為天問二號的“座駕”。
由于小行星體積小、質(zhì)量小、引力弱，捕獲難度大，對火箭入軌精度要求極高。發(fā)射任務中，火箭入軌速度在達到約每秒11.2千米的基礎上，還要保證與設計所要求速度的偏差不能超過1米，否則可能給探測器帶來百萬公里級的誤差。專家形容，這樣的入軌精度，就好比在北京投出一個籃球，要投進位于上海的籃筐，還要保證籃球入筐時的飛行角度和速度。為此，火箭團隊在采用迭代制導技術(shù)的基礎上，運用了末速修正技術(shù)，在分離前實時調(diào)整火箭的速度、姿態(tài)等，確保滿足入軌精度要求。(科技日報)