天问二号为啥要去这颗小行星,这次“取样”又要经历哪些难关?

1个月前 来源:京报网 观看:27

5月29日凌晨,西昌卫星发射中心,长征三号乙运载火箭托举行星探测工程天问二号探测器直冲霄汉。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

问天求索,我国首次小行星探测与采样返回之旅正式启程!Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

天问二号任务设计周期10年左右,主要任务目标是对小行星2016HO3进行探测、取样并返回地球,此后再对主带彗星311P开展科学探测。这是继探月、探火后,中国人在浩瀚星宇的又一次重要探索之旅。茫茫星海,为何选择“追”这两颗星?它们有什么特别之处?天问二号又会面临怎样的困难?Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

十年时间“一箭双雕”Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

天问二号总的任务周期大约是10年,其中用两年半左右的时间完成对小行星2016HO3的伴飞、取样并返回地球。此后则会继续它的第二项任务:对主带彗星311P的伴飞探测。为什么选定这两个星体作为探测目标?它们有什么特殊之处?Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

2016年,美国夏威夷的泛星计划巡天望远镜首次在浩瀚星空中捕捉到了2016HO3的踪迹,这颗小行星也由此得名——2016代表发现的年份,HO3则表示小行星在4月下旬被发现的顺序编号。后来,这颗小行星还被赋予了一个浪漫的夏威夷语名字:Kamo'oalewa,意为“振荡的天体碎片”。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

上海天文馆副研究馆员、上海市天文学会副理事长施韡介绍,2016HO3小行星是人类发现的第一颗地球准卫星,但它并不是地球的天然卫星,而是一颗参数与地球比较接近的小行星,从地球看它仿佛在绕着地球转圈。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“科学家怀疑它是从月球上撞出来的碎片,如果能顺利获取2016HO3的样品,那么和月球样品做下比较,有望解开它的身世之谜,看看它是不是月球的‘亲戚’。”施韡解释,“如果说它跟月球样品差异很大,那就要怀疑其他起源的可能性了。所以2016 HO3身上或许藏着月球形成之谜以及轨道演化历史等科学问题。”Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

而311P在2013年被发现,是人类确认的第七颗主带彗星,身处火星与木星之间的小行星带。传统理论认为,彗星一般来自太阳系边缘,包含着大量的冰物质。当它们靠近太阳时,内部冰物质受热蒸发,会形成壮丽的彗尾。但311P“定居”的小行星带很靠近太阳了,被普遍认为难以保留水冰等挥发性物质。主带彗星打破了天文学家的固有认知。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“对311P开展探测,有助于了解小天体的物质组成结构,还有太阳系物质分布和演化历史等问题。”施韡称。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“走钢丝”般新技术或带回惊喜Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

月球是地球的卫星,距离地球大约38万公里,而小行星2016HO3即便是距离地球最近的时候,也相当于地月距离的大约30—40倍。而主带彗星311P的位置则更加遥远。对如此遥远的星体进行伴飞,还要对小行星进行取样返回,天问二号会面临怎样的困难?Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

在天问二号之前,日本“隼鸟号”“隼鸟2号”,美国“奥西里斯王号”等都曾执行过小行星采样任务,那天问二号会有何不同呢?据了解,日美探测器采用的“触碰即走”模式,本质是“擦边球式采样”。天问二号将开创性地采用三种不同的采样方式:触碰采样、悬停采样、附着采样——后两者都是国际上没有先例的。这样“走钢丝”般的新技术能提高采样成功的可能性,三种采样方式“总有一款适合”,也有望采集到不同类型的样品,如星壤、砾石、石块等。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“采样难度非常大。”施韡表示,“小行星质量很小,引力非常微弱,着陆(附着)时稍有不慎就会弹飞;此外,小行星布满碎石,能落脚的地方不多;加之人类对2016 HO3 的情况知之甚少,需要等探测器抵近观察后制定具体方案。”Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

据称,天问二号预计将采集超过100克样品。值得一提的是,“回家”之旅中,天问二号的返回舱将以12千米/秒(超第二宇宙速度)再入大气层,承受315焦耳/平方米的极端高温。相比之下,嫦娥五号的再入速度为11公里/秒,且采用“弹道—升力式”减速,而天问二号只能依赖“纯弹道式硬扛”——这种“暴力美学”背后,是我国在“超高温材料”和“气动设计”上的突破。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

金牌火箭护航问天之旅Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

此次,天问二号从西昌卫星发射中心踏上“问天”之旅,选择的火箭是长征三号乙运载火箭。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

据介绍,长征三号乙运载火箭是一款“金牌火箭”——它是我国唯一一款执行过超百次发射任务的火箭,不仅发射过北斗、嫦娥,还发射过像风云、天链等卫星。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

长三乙是长征三号系列火箭三兄弟里面力气最大的。它的地球同步转移轨道运载能力达到5.55吨,这个运载能力和天问二号探测器(重2.6吨)的质量要求更为贴合,所以性价比高也就让它成为这次任务的不二之选。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“小行星本身的体积小、质量小、引力弱,捕获难度大,对火箭的入轨精度要求极高。这次火箭入轨速度达到11.2千米/秒,同时偏差不能超过1米/秒,难度系数是非常大的。这也是选择长征三号乙这款‘金牌火箭’的一个重要原因。”施韡解释。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

深空探测是全球科技竞争的制高点。2021年,天问一号成功落火,我国通过一次发射,实现火星环绕、着陆、巡视探测三大任务,在世界航天史上尚属首次。根据计划,在今年发射天问二号之后,中国还将在2028年前后及2030年前后陆续发射天问三号和天问四号。其中天问三号作为中国第二次火星探测任务,确立生命痕迹探寻为第一科学目标,将突破火面采样、火面起飞上升、环火交会和行星保护等关键技术,挑战将火星样品带回地球;天问四号则将对木星和木星的卫星进行研究,对木星空间和内部结构进行探测。Yf7即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

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