你好，小行星！中國的天問二號(hào)“快遞員”出發(fā)來取件啦！

2025年5月29日凌晨，中國的行星探測工程天問二號(hào)探測器發(fā)射升空，進(jìn)入前往小行星2016HO3的轉(zhuǎn)移軌道。大約2年后，它將帶著來自這名天外來客的“快遞”返回地球；緊接著再去更遠(yuǎn)的地方造訪另一位客人主帶彗星311P，這段行程要走7年多，整個(gè)任務(wù)的時(shí)間跨度長達(dá)10年。

為什么要用這么長的時(shí)間探測小行星？“天問”接下來還要去哪里？近期中國的深空探測還將有怎樣激動(dòng)人心的突破？

“一箭雙探”為何選它倆？

人類已知的小行星有成千上萬，為什么天問二號(hào)這次的目的地選定了這兩顆？這當(dāng)然要?dú)w結(jié)于我們探測小行星的目的。資深航天專家、上海航天技術(shù)研究院研究員陶建中告訴《新民周刊》記者：第一項(xiàng)目的是開展科學(xué)研究。2016HO3這顆小行星可謂有足夠多的吸引科學(xué)家眼球的“亮點(diǎn)”。

首先，它被認(rèn)為是地球的“準(zhǔn)衛(wèi)星”。這顆小行星是位于夏威夷的Pan-STARRS巡天望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的，在夏威夷語中，它的名字Kamoòalewa意為“振蕩的天體碎片”。星如其名，2016HO3像是一顆圍繞著地球上下晃蕩的星星，與地球的距離保持在38至100倍月地距離之間，看起來似乎就像月球一樣環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)。

它與地球的距離遠(yuǎn)在后者的引力主導(dǎo)范圍之外，所以并不能真正成為“另一個(gè)月球”。造成它“伴飛”地球的視覺效果的，是它獨(dú)特的圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的公轉(zhuǎn)軌道：平均軌道周期365.75天，軌道半長軸1.001天文單位，這兩樣參數(shù)幾乎和地球的公轉(zhuǎn)軌道一模一樣。

不過，它的軌道也不是一成不變。據(jù)計(jì)算，大約100年前，2016HO3切換為地球準(zhǔn)衛(wèi)星軌道；而在300年后，它將結(jié)束這段旅程，回歸馬蹄形軌道。目前已知的地球準(zhǔn)衛(wèi)星共有過11顆，也有類似的軌道切換，2016HO3是距離地球最近、軌道最穩(wěn)定的一顆。這種特殊的軌道特性，讓它成為研究地—日系統(tǒng)演化的理想樣本。

除了與地球公轉(zhuǎn)軌道1比1共振，2016HO3還有不一樣的“身世之謎”。光譜觀測表明，2016HO3表面物質(zhì)組成不同于此前所發(fā)現(xiàn)的小行星，反而與人類之前采集的月球高地土壤類似。這引出了一種假設(shè)：幾十億年前，一顆大行星撞擊了地球，撞擊出的碎片在引力作用下最終形成了月球，而2016HO3就是其中一顆逃逸到太空中的碎片。果真如此的話，它確實(shí)可以看作是“另一個(gè)月球”，將為人類了解地球和月球形成初期的情況提供重要的證據(jù)。

天問二號(hào)的第二個(gè)探測目標(biāo)311P同樣讓人充滿了好奇。它也是由Pan-STARRS望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，軌道在小行星帶內(nèi)側(cè)，距太陽約3.15億公里，距離地球最近時(shí)約1.3億公里；它同時(shí)擁有彗星的物理特征，因而被稱為“主帶彗星”。

彗星最顯著的特征就是彗尾。2013年的觀測顯示，311P的塵埃噴發(fā)至少持續(xù)了五個(gè)月，每次噴發(fā)如同噴泉涌出，將上萬噸塵埃送入宇宙。這些塵埃在太陽風(fēng)吹拂下，逐漸展開成六條螺旋狀尾跡，讓它像一架轉(zhuǎn)動(dòng)的宇宙風(fēng)車。

一般認(rèn)為，彗星來自太陽系邊緣嚴(yán)寒的柯伊伯帶或奧爾特星云，儲(chǔ)存著大量的冰。當(dāng)它們靠近太陽時(shí)，內(nèi)部冰物質(zhì)受熱蒸發(fā)，形成彗尾。但311P位于小行星帶，這里靠近太陽，干燥炎熱，被普遍認(rèn)為難以保留水冰等揮發(fā)性物質(zhì)。

311P的彗尾塵埃中是否含有水分子？它的噴發(fā)能量從何而來？六尾結(jié)構(gòu)如何維持穩(wěn)定？如果小行星帶中真的存在水冰，地球上水的起源是否可能正來自小行星撞擊？這些疑問讓311P成為行星科學(xué)界的焦點(diǎn)。

觀測表明，311P很可能是一個(gè)雙星系統(tǒng)，但其伴星仍未被發(fā)現(xiàn)。天問二號(hào)將對(duì)311P的揮發(fā)物質(zhì)進(jìn)行深入測定研究，探索主帶彗星的彗尾產(chǎn)生之謎，也將進(jìn)一步測定311P的軌道參數(shù)、熱輻射參數(shù)等，尋找它身旁可能存在的另一顆星。

“十年之約”的挑戰(zhàn)

要完成與兩顆小行星的“十年之約”，天問二號(hào)要面臨的挑戰(zhàn)可不少。發(fā)射成功、進(jìn)入小行星轉(zhuǎn)移段，只是任務(wù)的開始，后續(xù)還有小行星接近段、小行星交會(huì)段、小行星近距探測段、小行星采樣段、返回等待段、返回轉(zhuǎn)移段、再入回收段、主帶彗星轉(zhuǎn)移段、主帶彗星接近段、主帶彗星交會(huì)段、主帶彗星近距探測段，全程總計(jì)13個(gè)飛行階段。

“與天問一號(hào)任務(wù)不同，天問二號(hào)目的地的許多信息，對(duì)人類來說還是未知狀態(tài)?！碧战ㄖ邢颉缎旅裰芸酚浾弑硎尽Ｅc火星相比，小行星的體積小得多，目前人類觀測到的信息相當(dāng)有限。尤其是這次要采樣返回的目標(biāo)星2016HO3，表面物理特性和星體結(jié)構(gòu)都還是未知。比如，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何，是一體化的石塊，還是松散的碎石堆結(jié)構(gòu)？這些還不確定。

所以天問二號(hào)無法像“大哥”天問一號(hào)一樣預(yù)先設(shè)定好著陸點(diǎn)和著陸方法，只有在近距離探測段確認(rèn)相關(guān)信息后，再選擇最合適的方案。

天問二號(hào)搭載有可見光紅外成像光譜儀、多光譜相機(jī)、中視場彩色相機(jī)、探測雷達(dá)等多臺(tái)設(shè)備，能夠全面探測小行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面形貌，為采樣實(shí)施提供數(shù)據(jù)支撐。

陶建中說，天問二號(hào)之前，日本、美國已實(shí)現(xiàn)小行星采樣返回，但此前的小行星探測任務(wù)目標(biāo)的大小尺度都在百米以上。而2016HO3的直徑為36至60米，大小僅與一棟十幾層的高層住宅相當(dāng)，引力十分微弱；同時(shí)，它又有著極高的自轉(zhuǎn)速度，僅28分鐘就自轉(zhuǎn)一周，像是一個(gè)被快鞭抽打的宇宙陀螺。

這導(dǎo)致采樣器附著和穩(wěn)定停留都極為困難。天問二號(hào)針對(duì)這一情況全新研發(fā)了“多臂協(xié)作式小天體附著取樣機(jī)器人”，將依據(jù)抵近探測結(jié)果，在“懸停、觸碰、附著”三種采樣方式中擇優(yōu)實(shí)現(xiàn)。

時(shí)間和距離帶來的挑戰(zhàn)也不可忽視。最高數(shù)億公里的遙遠(yuǎn)距離帶來了通信時(shí)間延遲的增長，10年的任務(wù)時(shí)長要求各系統(tǒng)器件更高的可靠性。為此，天問二號(hào)采用離子電推進(jìn)系統(tǒng)，持久耐耗支持精細(xì)操作；中國最新啟用的日喀則和長白山40米射電望遠(yuǎn)鏡提升了航天測控能力。

據(jù)中國航天局發(fā)布的公開消息：天問二號(hào)任務(wù)的工程目標(biāo)，一是突破弱引力天體表面取樣、高精度相對(duì)自主導(dǎo)航與控制、小推力轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，二是為小行星起源及演化等前沿科學(xué)研究提供探測數(shù)據(jù)和珍貴樣品。

這次任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)則聚焦于測定小行星和主帶彗星的多項(xiàng)物理參數(shù)，開展軌道動(dòng)力學(xué)研究；研究目標(biāo)的形貌、物質(zhì)組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及可能的噴發(fā)物；開展樣品的實(shí)驗(yàn)室分析研究，測定樣品物理性質(zhì)、化學(xué)與礦物成分、同位素組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，進(jìn)行小行星和太陽系早期的形成與演化研究。

開放的“天問”之路

除了開展研究，獲取對(duì)我們生存的宇宙的更多了解外，人類探測小行星的重要目的之一是對(duì)其進(jìn)行防御。2025年2月，國家國防科技工業(yè)局公開招聘“行星防御崗”引起廣泛關(guān)注，這讓人們對(duì)其的感知從科幻文藝作品轉(zhuǎn)移到了現(xiàn)實(shí)。在此之前的2022年4月，國家航天局副局長吳艷華在受訪時(shí)表示：中國將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，共同應(yīng)對(duì)近地小行星撞擊的威脅，為保護(hù)地球和人類安全貢獻(xiàn)中國力量。

“目前人類采取的防御方式，有撞擊使其變軌、核彈攻擊使其解體、網(wǎng)兜拖移等方案，其中，撞擊方式的演練已有先例?！碧战ㄖ姓f。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年9月26日，美國國家航空航天局（NASA）“雙小行星重定向測試（DART）”航天器成功撞擊一顆名為迪莫弗斯（Dimorphos）的近地小行星。這是世界上首次進(jìn)行防御地球遭小行星撞擊的任務(wù)。

迪莫弗斯是一個(gè)近地雙小行星系統(tǒng)中較小的一顆小行星，直徑約160米，距離地球約1100萬公里，這兩顆小行星對(duì)地球都不構(gòu)成威脅，這次撞擊是一次測試，看看人類是否可以用可行性較高的技術(shù)改變小行星的軌道。

在撞擊完成的一年多后，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，撞擊不僅改變了這顆小行星的運(yùn)行軌道，連小行星形狀也變了。迪莫弗斯原本的圓形軌道變成橢圓形；軌道周期也發(fā)生變化，如今它圍繞這一雙小行星系統(tǒng)中另一顆小行星運(yùn)行一周需要11小時(shí)22分3秒，比原來縮短33分15秒。撞擊前，它像一個(gè)中間有點(diǎn)鼓出來的球，現(xiàn)在的形狀像一個(gè)橢圓形西瓜。

如此看來，只要發(fā)現(xiàn)得足夠早，小行星的體積不太大，人類還是可以想辦法提前改變小行星的軌道，降低它們對(duì)地球的威脅。充分的探測，是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的前提。

研究、防御之外就是開發(fā)了，小行星上可能有珍貴的資源，在人類掌握充足的信息和技術(shù)后，利用它們?yōu)樘剿魃羁仗泶u加瓦，是應(yīng)有之義。

天問二號(hào)飛往了小行星，而天問三號(hào)要再訪火星。這次，“天問”手里拿的不再是“單程車票”，而要實(shí)現(xiàn)人類歷史上的首次地外大行星采樣返回。

2024年9月5日，在安徽黃山召開的第二屆深空探測（天都）國際會(huì)議主論壇上，天問三號(hào)任務(wù)總設(shè)計(jì)師劉繼忠介紹：中國天問三號(hào)任務(wù)計(jì)劃在2028年前后實(shí)施兩次發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)火星樣品返回地球。

天問三號(hào)探測器由著陸器、上升器、服務(wù)器組合體和軌道器、返回器組合體組成，共配置6臺(tái)科學(xué)載荷。

天問三號(hào)采集到的珍貴火星樣本將于2030年前后返回地球，而在同年，中國計(jì)劃將實(shí)現(xiàn)激動(dòng)人心的載人登月。陶建中說：實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的五大設(shè)備要素：大推力火箭、可重復(fù)使用的載人飛船、月球著陸器、月球車、月球服，在中國航天人的努力下，目前都已經(jīng)完成了初樣生產(chǎn)，按照這樣的進(jìn)度，在2030年讓中國人登上月球，完全可能。

“我們初次登月不再只是‘挖土’回來，而要同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)國際月球科研站的初步建設(shè)。比如，試著利用月壤造磚，在月球上先打個(gè)地基。”按照計(jì)劃，到2035年，中國要建成國際月球科研站的基本型；到2045年，逐步建成拓展型、可持續(xù)運(yùn)作的科研平臺(tái)。

中國的深空探測在穩(wěn)步并快速突破的同時(shí)，也保持著向全人類開放的姿態(tài)。天問二號(hào)發(fā)射之前，中國國家航天局面向國際社會(huì)發(fā)布《天問三號(hào)火星取樣返回任務(wù)國際合作機(jī)遇公告》，共開放天問三號(hào)探測器20千克質(zhì)量資源，與國際同行共同開展火星探測與研究。在國際月球科研站的建設(shè)思路上，中國提出了“邀請(qǐng)全球50個(gè)國家、500家企業(yè)、5000名科學(xué)家共建”的“三個(gè)五”思路。中國的“天問”之路，也是全人類的共創(chuàng)共享之路。