天問二號(hào)試驗(yàn)隊(duì)在西昌|來源：中國(guó)空間技術(shù)研究院

2025年5月29日，天問二號(hào)探測(cè)器從我國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，由長(zhǎng)三乙火箭發(fā)射升空。

天問二號(hào)將通過一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)近地小行星 2016 HO3 的伴飛探測(cè)和取樣返回，并對(duì)主帶彗星311P 開展伴飛探測(cè)，有望在工程技術(shù)上取得突破，實(shí)現(xiàn)重大原創(chuàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，推動(dòng)行星探測(cè)能力和行星科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步。

天問二號(hào)長(zhǎng)什么樣

天問二號(hào)小天體探測(cè)任務(wù)是我國(guó)行星探測(cè)工程的重要組成部分，是對(duì)太陽(yáng)系未知領(lǐng)域的又一次探索。

執(zhí)行此次任務(wù)的天問二號(hào)總重超過兩噸，翼展超過四米，由衛(wèi)星主體和返回器組成，其中衛(wèi)星主體長(zhǎng)寬高均超過兩米，返回器直徑0.75米。

這次任務(wù)共分為十三個(gè)小階段，兩個(gè)大階段；其中第一階段預(yù)計(jì)用兩年半到三年的時(shí)間完成小行星2016HO3的探測(cè)、伴飛、取樣、返回；二周目則利用地球引力加速后預(yù)計(jì)再用七年的時(shí)間完成主帶彗星311P的伴飛和探測(cè)。

天問二號(hào)飛行過程示意圖|來源：中國(guó)空間技術(shù)研究院

為了獲得2016HO3小行星和311P主帶彗星的“個(gè)人信息”，天問二號(hào)攜帶了可見紅外成像光譜儀、熱輻射光譜儀、多光譜相機(jī)、中視場(chǎng)彩色相機(jī)、探測(cè)雷達(dá)、磁強(qiáng)計(jì)、帶電粒子與中性粒子分析儀、噴發(fā)物分析儀、窄視場(chǎng)導(dǎo)航敏感器和激光一體化導(dǎo)航敏感器等十個(gè)有效載荷。

我們可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為，相機(jī)類載荷用于獲取小行星和彗星的“外貌長(zhǎng)相”，光譜類用于獲取成分，雷達(dá)和磁強(qiáng)計(jì)用于分析“內(nèi)部情況”，離子分析儀用于了解“脾氣性格”，其中窄視場(chǎng)導(dǎo)航敏感器和激光一體化導(dǎo)航敏感器除了作為科學(xué)載荷，也為工程導(dǎo)航服務(wù)。

天問二號(hào)結(jié)構(gòu)圖|來源：中國(guó)空間技術(shù)研究院

有了這些法寶，這個(gè)有著兩只“圓耳朵”（直徑4.7米的圓形柔性太陽(yáng)翼，單個(gè)面積超過17平方米），背著“鍋蓋”，抱著“保險(xiǎn)箱”的大家伙就可以安然踏上這段長(zhǎng)達(dá)十年的前往太空新疆界的旅程。

為何要探測(cè)地球的“準(zhǔn)衛(wèi)星”2016 HO3

作為天問二號(hào)任務(wù)的第一站，2016 HO3是一顆直徑約為50米的小行星，于2016年4月27日被美國(guó)全景巡天望遠(yuǎn)鏡和快速反應(yīng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。為什么要去探測(cè)2016 HO3，這得從小行星的定義說起。

按照國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）2006年第26屆大會(huì)的定義，小行星（Minor Planet/Asteroid）指圍繞太陽(yáng)運(yùn)行，體積和質(zhì)量比行星和矮行星小，且不易釋放出氣體和塵埃的天體。

由于大部分小行星作為“太陽(yáng)系施工廢渣”或者“行星交通事故殘骸”較好地保留了太陽(yáng)系早期形成和演化歷史，因此它們的理化特征和礦物組成對(duì)研究太陽(yáng)系的起源有很廣泛的意義。

另外一方面，小行星雖然亮度低，被人類認(rèn)識(shí)較晚（第一次近距離探測(cè)已是1991年），但其軌道演化機(jī)制對(duì)于行星防御，物質(zhì)組分對(duì)于探索地外生命信息也有著重要的作用。

特別值得一提的是，2016HO3還是一顆極為稀有的地球共軌小行星（截至2025年，發(fā)現(xiàn)7顆），其軌道半長(zhǎng)徑與地球相似（約1.001 AU），形成穩(wěn)定的1:1軌道共振。

最接近地球時(shí)距離甚至能到0.1 AU（即日地距離的十分之一，約1500萬(wàn)公里），對(duì)地面測(cè)控要求較低，適合作為我國(guó)首次小行星探測(cè)和采樣返回的目標(biāo)。

它的光譜特征與月球巖石相似度達(dá)85%，但起源仍存爭(zhēng)議，可能是普通近地小行星，也可能是月球遭受撞擊后濺射出的碎片。

2016HO3小行星|來源：NASA

天問二號(hào)采樣有何絕招

由于2016 HO3實(shí)在太小，僅僅通過地球上進(jìn)行觀測(cè)獲得的物理信息不多，因此天問二號(hào)的采樣方案并未像嫦娥五號(hào)、六號(hào)那樣提前確定，而是根據(jù)其攜帶的十大有效載荷的實(shí)際探測(cè)結(jié)果，預(yù)備了懸停、觸碰、附著三種方式。

（1）懸停采樣

探測(cè)器展開機(jī)械臂，緩慢逼近小行星，到達(dá)采樣點(diǎn)上空30m時(shí)匹配小行星自轉(zhuǎn)，繼續(xù)垂直下降到距小行星表面約1m高度時(shí)懸停，機(jī)械臂垂直下探使其端頭插入小行星表面，采集表層風(fēng)化物顆粒，同時(shí)獲得表面力學(xué)特性。

（2）觸碰采樣

探測(cè)器伸展觸碰采樣機(jī)構(gòu)，下降過程與懸停采樣相同。到達(dá)約1m高度時(shí)，盤狀激勵(lì)采樣頭接觸小行星表面。

采樣頭內(nèi)部相對(duì)旋轉(zhuǎn)的一對(duì)毛刷卷起樣品顆粒，同時(shí)壓力氣瓶釋放高速氣體將樣品輸送至樣品容器。

（3）附著采樣

若確認(rèn)采樣區(qū)域星壤承載強(qiáng)度和地形地貌滿足附著采樣的條件，則實(shí)施附著采樣。探測(cè)器展開3個(gè)緩沖腿和觸碰采樣機(jī)構(gòu)，展開機(jī)械臂為錨固準(zhǔn)備狀態(tài)，下降過程與懸停采樣相同。

到達(dá)約1m高度時(shí)緩沖腿接觸表面，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣下壓探測(cè)器，利用機(jī)械臂端頭的爪刺結(jié)構(gòu)錨固小行星表面，之后由觸碰采樣機(jī)構(gòu)采樣，獲取表面風(fēng)化物樣品。

天問二號(hào)采樣方式示意圖|來源：中國(guó)空間技術(shù)研究院

采樣之后，返回環(huán)節(jié)同樣具有挑戰(zhàn)，返回艙在與天問二號(hào)分離后將以12公里/秒（約35馬赫）的速度再入大氣層，這是中國(guó)航天器首次以超過第二宇宙速度（11.2公里/秒）執(zhí)行地球再入任務(wù)。其承受的峰值熱流高達(dá)12兆瓦/平方米，遠(yuǎn)超嫦娥五號(hào)返回任務(wù)。

因此艙體采用“球錐大底+單錐后體”構(gòu)型，并使用多層復(fù)合隔熱材料。當(dāng)返回艙返回地球時(shí)，天問二號(hào)則踏上飛往311P主帶彗星的第二段旅程。

311P彗星：小行星帶的沙漠清泉

彗星通常被認(rèn)為是太陽(yáng)系的“活化石”，科學(xué)家相信它們大多來自太陽(yáng)系邊緣寒冷的柯伊伯帶或奧爾特云，就像被甩出冰箱的“冰激凌球”——當(dāng)這些由冰、塵埃和有機(jī)物組成的“臟雪球”靠近太陽(yáng)時(shí)，表面冰層受熱升華，形成長(zhǎng)達(dá)數(shù)百萬(wàn)公里的彗尾。

但2006年科學(xué)家在小行星帶（火星與木星之間）找到了一類“混血兒”——“主帶彗星”。它們既像普通小行星一樣穩(wěn)定公轉(zhuǎn)，又會(huì)周期性噴發(fā)塵埃，仿佛沙漠里的清泉。

2013年，一臺(tái)架設(shè)在美國(guó)夏威夷的望遠(yuǎn)鏡更是捕捉到了如今被編號(hào)311P的主帶彗星突然噴發(fā)出六條螺旋狀塵埃尾。在最近20年的研究中，越來越多的證據(jù)表明小行星和彗星代表了小天體連續(xù)體的兩個(gè)極端，并不是兩種截然不同的類別，主帶彗星就是他們的過渡形式。

311P主帶彗星|來源：NASA/ESA

目前已經(jīng)觀測(cè)到15顆主帶彗星，主帶彗星的起源和形成問題、主帶彗星氣體活動(dòng)機(jī)制問題、主帶彗星的普遍性、非活躍期主帶彗星的特性和主帶彗星的揮發(fā)分成分等諸多科學(xué)問題都非常值得深入研究，科學(xué)家們更是推測(cè)311P很可能是一個(gè)相互遮擋的食雙星系統(tǒng)（Eclipsing Binary）。

相比第一階段，第二階段的難點(diǎn)在于距離，這對(duì)地面的深空測(cè)控網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星平臺(tái)上的能源和通信子系統(tǒng)都帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此隨著日喀則和長(zhǎng)白山射電望遠(yuǎn)鏡在2024年投入使用，我國(guó)建成了“六站一中心”的VLBI網(wǎng)絡(luò)并將繼續(xù)升級(jí)，同時(shí)與歐空局（ESA）的合作也在穩(wěn)步推進(jìn)。

天問二號(hào)本身也攜帶了一個(gè)直徑超過3米的X波段拋物面天線，此外太陽(yáng)翼也保證了在光照強(qiáng)度不足的小行星帶（3AU），能夠?yàn)樘綔y(cè)器提供超過一千瓦的功率。

星際探索：寫給孩子們的啟示錄

當(dāng)2025年天問二號(hào)從西昌衛(wèi)星發(fā)射基地升空時(shí)，它攜帶的不僅是十大有效載荷，而是人類在太空新疆界面對(duì)自身起源與演化的哲學(xué)追問，更是對(duì)屈原"九天之際，安放安屬"的回應(yīng)，同時(shí)那些在微重力環(huán)境下獲得驗(yàn)證的采樣返回技術(shù)，最終將成為2028年前后天問三號(hào)火星采樣返回和未來開發(fā)小行星礦產(chǎn)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

天問二號(hào)用世界最強(qiáng)工業(yè)國(guó)堅(jiān)若磐石的制造與科研能力，向天發(fā)問，于可觸及的太空新疆界去重新揭示太陽(yáng)系起源與演化的奧秘。

當(dāng)十年之后任務(wù)結(jié)束，2025年出生的孩子在博物館里看到天問二號(hào)于7年前帶回的2016HO3小行星樣本時(shí)，或許已不會(huì)驚嘆，而是構(gòu)思著如何投身人類命運(yùn)共同體對(duì)太空新疆界的征程。

參考資料：

[1] 厲奕行,唐凱,樊敏,等.天問二號(hào)星載光學(xué)觀測(cè)小行星(469219)Kamo`oalewa軌道精度仿真分析[J].天文學(xué)報(bào), 2024, 65(6):15-25.

[2] 李春來,劉建軍,任鑫,等."天問二號(hào)"任務(wù)科學(xué)目標(biāo)和有效載荷配置[J].深空探測(cè)學(xué)報(bào)-北理工, 2024, 000(3):7.DOI:10.15982/j.issn.2096-9287.2024.20230185.

[3] 朱恩涌,孫國(guó)江,果琳麗,等.我國(guó)小行星探測(cè)發(fā)展思路及關(guān)鍵技術(shù)探討[J].航天器工程, 2012, 21(3):5.DOI:10.3969/j.issn.1673-8748.2012.03.037.

[4] 李靜文,賈陽(yáng)*.中國(guó)深空探測(cè)任務(wù)規(guī)劃與實(shí)施的啟示[J].工程研究——跨學(xué)科視野中的工程, 2025.

[5] 湯川學(xué).新增兩員"大將",中國(guó)VLBI網(wǎng)絡(luò)助力深空探測(cè)[J].太空探索, 2025(2):6-9.

[6] 謝歡,陳杰,童小華,等.小行星采樣返回任務(wù)的選址方法進(jìn)展與啟發(fā)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2023, 51(7):1010-1017.DOI:10.11908/j.issn.0253-374x.23144.

[7] 楊福全,趙以德,李娟,等.主帶小行星采樣返回任務(wù)中的離子電推進(jìn)應(yīng)用方案[J].深空探測(cè)學(xué)報(bào), 2015, 2(2):6.DOI:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.011.

[8] 張榮橋,張熇,劉建軍,等.天問二號(hào)小天體探測(cè)任務(wù)[J].中國(guó)科學(xué)：物理學(xué)力學(xué)天文學(xué), 2025.

作者：向凌威

審核：劉穎 李培元

審核專家：李明濤 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員