天問(wèn)二號(hào)主要任務(wù)目標(biāo)是對(duì)小行星2016HO3進(jìn)行探測(cè)、取樣并返回地球，此后再對(duì)主帶彗星311P開展科學(xué)探測(cè)，設(shè)計(jì)任務(wù)周期十年左右。其中，小行星2016HO3是地球準(zhǔn)衛(wèi)星之一，和地球一同環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)。2016HO3小行星距離地球約1800萬(wàn)至4600萬(wàn)公里。天問(wèn)二號(hào)任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)總師、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員蘇彥向《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹稱，人類于2016年在浩瀚的宇宙中發(fā)現(xiàn)這顆“特殊”的小行星，其繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期為365.4天，與地球的365.25天幾乎完全同步，且軌道非常穩(wěn)定，和地球保持合適的距離，這使得小行星2016HO3具有工程上的可達(dá)性。
而主帶彗星311P的軌道位于火星和木星之間的小行星帶內(nèi)，距離地球約1.5億至5億公里。天問(wèn)二號(hào)任務(wù)副總師、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員劉建軍向《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹稱，主帶彗星311P既有彗星的特征，又有小行星的特征，它的軌道特征與主帶小行星相似，但又呈現(xiàn)彗星觀測(cè)特征，因此也被認(rèn)為是一顆活躍小行星，具有非常高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。
據(jù)了解，此次任務(wù)中，天問(wèn)二號(hào)的工程目標(biāo)包括：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)。與此同時(shí)為小行星起源及演化等前沿科學(xué)研究提供探測(cè)數(shù)據(jù)和珍貴樣品。
而此次任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)則聚焦于測(cè)定小行星和主帶彗星的多項(xiàng)物理參數(shù)。一是測(cè)定小行星和主帶彗星的軌道參數(shù)、自轉(zhuǎn)參數(shù)、形狀大小、熱輻射特性等物理參數(shù)，開展軌道動(dòng)力學(xué)研究;二是開展小行星和主帶彗星的形貌、物質(zhì)組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及可能的噴發(fā)物等研究;三是開展樣品的實(shí)驗(yàn)室分析研究，測(cè)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，開展小行星和太陽(yáng)系早期的形成與演化研究。
“太陽(yáng)系的小天體沒有經(jīng)歷大行星和天體的物理、化學(xué)演化過(guò)程，它們保留有太陽(yáng)系形成之初的最原始的物質(zhì)成分。因此對(duì)小行星2016HO3開展探測(cè)、采集樣品然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析將為揭示太陽(yáng)系起源與早期演化，以及地球的演化過(guò)程提供重要科學(xué)依據(jù)。”劉建軍稱。
據(jù)了解，天問(wèn)二號(hào)探測(cè)器上配置了中視場(chǎng)彩色相機(jī)、多光譜相機(jī)、可見紅外成像光譜儀、熱輻射光譜儀、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)物分析儀等8臺(tái)科學(xué)載荷，以及窄視場(chǎng)導(dǎo)航敏感器、激光一體化導(dǎo)航敏感器2臺(tái)工程和科學(xué)復(fù)用載荷，還搭載1臺(tái)旋轉(zhuǎn)衍射高光譜相機(jī)。這些先進(jìn)設(shè)備將助力探測(cè)器在飛行過(guò)程中對(duì)小行星和主帶彗星進(jìn)行探測(cè)，獲取科學(xué)數(shù)據(jù)。
天問(wèn)二號(hào)任務(wù)整個(gè)飛行過(guò)程復(fù)雜且精細(xì)。根據(jù)任務(wù)規(guī)劃共包含發(fā)射段、小行星轉(zhuǎn)移段、小行星接近段、小行星交會(huì)段、小行星近距探測(cè)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(cè)段等13個(gè)飛行階段。
其中，小行星探測(cè)包括9個(gè)階段，總耗時(shí)約2.5年。在發(fā)射段順利完成后，探測(cè)器進(jìn)入小行星轉(zhuǎn)移段，期間需實(shí)施深空機(jī)動(dòng)、中途修正等操作，直至距離小行星約3萬(wàn)公里處。隨后依次進(jìn)入小行星接近段、交會(huì)段、近距探測(cè)段，在近距探測(cè)段按照“邊飛邊探、逐步逼近”原則，對(duì)小行星開展懸停、主動(dòng)繞飛等探測(cè)，確定采樣區(qū)后進(jìn)入采樣段。完成采樣任務(wù)后，探測(cè)器將經(jīng)歷返回等待段、返回轉(zhuǎn)移段，在返回轉(zhuǎn)移段接近地球，返回艙與主探測(cè)器分離，之后獨(dú)自進(jìn)入再入回收段，預(yù)計(jì)于2027年底著陸地球并完成回收。
此后，主探測(cè)器則繼續(xù)飛行，前往主帶彗星311P，開展后續(xù)探測(cè)任務(wù)，這一階段任務(wù)預(yù)計(jì)將持續(xù)數(shù)年時(shí)間。
不同于此前嫦娥五號(hào)和嫦娥六號(hào)任務(wù)是在重力環(huán)境下開展的采樣，此次天問(wèn)二號(hào)任務(wù)是在小行星微重力環(huán)境下采樣，且小行星表面特性充滿未知性，因此，對(duì)小行星2016HO3開展穩(wěn)定的附著探測(cè)采樣難度非常大。
為此，天問(wèn)二號(hào)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)有三種采樣方式，分別是觸碰采樣、懸停采樣和附著采樣。中國(guó)航天科技集團(tuán)陳春亮在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)介紹稱，針對(duì)目標(biāo)天體特性未知等難題，天問(wèn)二號(hào)探測(cè)器還將采用“邊飛邊探邊決策”的策略，從距離目標(biāo)天體約2000千米開始，基本自主開展目標(biāo)天體精準(zhǔn)捕獲、逐步接近、科學(xué)探測(cè)和樣品采集。
此次天問(wèn)二號(hào)發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功，也為后續(xù)探測(cè)任務(wù)開了一個(gè)好頭。據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，本次任務(wù)是長(zhǎng)三乙火箭首次執(zhí)行地球逃逸軌道發(fā)射任務(wù)。在以往執(zhí)行的發(fā)射地球軌道范圍內(nèi)載荷的任務(wù)中，長(zhǎng)三乙火箭分離速度僅需達(dá)到第一宇宙速度，即每秒7.9千米。但在此次任務(wù)中，天問(wèn)二號(hào)探測(cè)器與長(zhǎng)三乙火箭分離時(shí)速度必須要超過(guò)每秒11.2千米的第二宇宙速度，從而使天問(wèn)二號(hào)探測(cè)器能夠脫離地球引力，進(jìn)入地球逃逸軌道。不僅如此，此次發(fā)射任務(wù)對(duì)火箭入軌精度要求極高。長(zhǎng)三乙火箭入軌速度在達(dá)到每秒11.2千米的同時(shí)，速度偏差不能超過(guò)1米，否則可能會(huì)造成“天問(wèn)二號(hào)”探測(cè)器與目標(biāo)行星百萬(wàn)公里的級(jí)差。
為此，研制團(tuán)隊(duì)在采用迭代制導(dǎo)技術(shù)的基礎(chǔ)上，還運(yùn)用了末速修正技術(shù)，將在探測(cè)器和火箭分離前實(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。
行星探測(cè)工程天問(wèn)二號(hào)任務(wù)指揮部總指揮長(zhǎng)、國(guó)家航天局局長(zhǎng)單忠德表示，天問(wèn)二號(hào)任務(wù)實(shí)施周期長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)難度大，工程全線攻堅(jiān)克難，協(xié)同攻關(guān)，確保了發(fā)射任務(wù)圓滿成功。期待天問(wèn)二號(hào)按計(jì)劃完成各項(xiàng)探測(cè)任務(wù)，取得更多原創(chuàng)科學(xué)成果，揭開更多宇宙奧秘，增進(jìn)人類認(rèn)知。
