◎本報(bào)記者 付毅飛 何沛蓯
5月29日凌晨，長(zhǎng)征三號(hào)乙Y110運(yùn)載火箭從中國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空，將行星探測(cè)工程天問二號(hào)探測(cè)器送入地球至小行星2016HO3轉(zhuǎn)移軌道，開啟小行星探測(cè)與采樣返回之旅。
國(guó)家航天局探月與航天工程中心副主任、天問二號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人韓思遠(yuǎn)介紹，天問二號(hào)任務(wù)是我國(guó)首次實(shí)施行星際取樣返回任務(wù)，計(jì)劃對(duì)小行星2016HO3開展伴飛探測(cè)和取樣返回，并飛至小行星帶對(duì)311P主帶彗星開展科學(xué)探測(cè)活動(dòng)。任務(wù)以采集小行星樣品并返回地球作為成功標(biāo)志。
記者從國(guó)家航天局了解到，天問二號(hào)任務(wù)整個(gè)飛行過程復(fù)雜且精細(xì)，包含13個(gè)飛行階段，設(shè)計(jì)任務(wù)周期10年左右。
為何挑戰(zhàn)雙星探測(cè)？
加深對(duì)小天體起源演化認(rèn)知
天問二號(hào)任務(wù)艱巨復(fù)雜，包含多項(xiàng)特點(diǎn)和亮點(diǎn)。
2016HO3是地球的一顆“準(zhǔn)衛(wèi)星”，其穩(wěn)定運(yùn)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(xué)研究，該小行星很有可能保留著太陽(yáng)系誕生之初的原始信息，對(duì)研究太陽(yáng)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(jià)值。
311P主帶彗星是運(yùn)行于火星與木星軌道之間小行星帶中的小天體，同時(shí)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(duì)該主帶彗星進(jìn)行探測(cè)，能夠促進(jìn)對(duì)小天體物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)以及演化機(jī)制的探索。
針對(duì)上述科學(xué)探索任務(wù)，天問二號(hào)探測(cè)器攜帶了11臺(tái)科學(xué)載荷，將對(duì)相關(guān)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(xué)等方面開展研究。如果成功取回科學(xué)樣品，科技人員將對(duì)樣品物理特性、化學(xué)與礦物成分等方面開展研究測(cè)定。
“我們希望通過天問二號(hào)任務(wù)實(shí)施，能夠在這兩類小天體的認(rèn)知、起源、演化等方面取得科學(xué)研究突破?！表n思遠(yuǎn)說。
到小行星“挖土”有多難？
微重力環(huán)境下采樣無(wú)處著力
相比我國(guó)此前實(shí)施的月球、火星探測(cè)任務(wù)，天問二號(hào)任務(wù)的探測(cè)目標(biāo)不同，涉及的技術(shù)難點(diǎn)也不相同。
一是任務(wù)距離跨度大。2016HO3小行星距離地球約1800萬(wàn)至4600萬(wàn)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(zhǎng)延遲。距離遠(yuǎn)、目標(biāo)多、周期長(zhǎng)，對(duì)軌道設(shè)計(jì)、能源管理、智能控制，以及工作狀態(tài)的長(zhǎng)壽命、高可靠等方面都提出很高要求。
二是目標(biāo)天體特性存在未知。根據(jù)現(xiàn)有觀測(cè)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(duì)此，科研團(tuán)隊(duì)為探測(cè)器制定了“邊飛邊探邊決策”的策略，提高了探測(cè)器智能化自主化程度，并設(shè)計(jì)了3種采樣方式，以應(yīng)對(duì)相關(guān)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?xí)r的表取和鉆取，小行星的微重力環(huán)境會(huì)讓探測(cè)器無(wú)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(fù)雜條件下，探測(cè)器要利用有限時(shí)間完成穩(wěn)定附著及采樣，任務(wù)難度極大。為盡最大努力獲取樣品，天問二號(hào)將嘗試多種采樣方式。
獲取樣品后，天問二號(hào)探測(cè)器將等待合適的時(shí)機(jī)，把樣品送回地球。接近地球時(shí)，裝著樣品的返回艙將與主探測(cè)器分離，獨(dú)自再入地球大氣層。如果一切順利，大概在2027年底，科學(xué)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(hào)則要繼續(xù)飛行，前往主帶彗星311P，開展后續(xù)科學(xué)探測(cè)任務(wù)。
入軌精度要求有多高？
好比從北京投籃命中上?；@筐
當(dāng)日實(shí)施的發(fā)射，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭首次執(zhí)行地球逃逸軌道發(fā)射任務(wù)，其中頗有講究。
記者從中國(guó)航天科技集團(tuán)一院了解到，以往地球軌道范圍內(nèi)的發(fā)射任務(wù)，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(wù)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(yùn)載能力、履約能力和可靠性等因素后，長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭被選為天問二號(hào)的“座駕”。
由于小行星體積小、質(zhì)量小、引力弱，捕獲難度大，對(duì)火箭入軌精度要求極高。發(fā)射任務(wù)中，火箭入軌速度在達(dá)到約每秒11.2千米的基礎(chǔ)上，還要保證與設(shè)計(jì)所要求速度的偏差不能超過1米，否則可能給探測(cè)器帶來百萬(wàn)公里級(jí)的誤差。專家形容，這樣的入軌精度，就好比在北京投出一個(gè)籃球，要投進(jìn)位于上海的籃筐，還要保證籃球入筐時(shí)的飛行角度和速度。為此，火箭團(tuán)隊(duì)在采用迭代制導(dǎo)技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了末速修正技術(shù)，在分離前實(shí)時(shí)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?qǐng)?bào))