5月29日1時31分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙Y110運載火箭，成功將行星探測工程天問二號探測器發(fā)射升空?；鸺w行約18分鐘后，將探測器送入地球至小行星2016HO3轉(zhuǎn)移軌道。隨后，探測器太陽翼正常展開、相關(guān)機構(gòu)順利解鎖，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。
天問二號主要任務(wù)目標(biāo)是對小行星2016HO3進行探測、取樣并返回地球，此后再對主帶彗星311P開展科學(xué)探測。行星探測工程天問二號任務(wù)指揮部總指揮長、國家航天局局長單忠德表示，國家航天局牽頭實施天問二號任務(wù)，推動星際探測征程接續(xù)前進，邁出了深空探測的新一步，期待天問二號按計劃完成各項探測任務(wù)，取得更多原創(chuàng)科學(xué)成果，揭開更多宇宙奧秘，增進人類認(rèn)知。
尋訪地球的“神秘舞伴”
深空中，一顆名為2016HO3的小行星，正以特殊的方式與地球共舞。它既不是地球的天然衛(wèi)星，也不屬于典型的近地小行星，而是被天文學(xué)家歸類為地球“準(zhǔn)衛(wèi)星”。
天問二號探測器即將探訪的，就是這位地球的“神秘舞伴”。
在過去的100年里，2016HO3與地球始終保持著軌道共振。它既不會脫離地球引力影響，又不會真正成為地球衛(wèi)星，而是形成類似馬蹄形的環(huán)繞路徑，與地球始終保持微妙的距離——行至地球前方時，它會被地球輕柔地推開；待地球向前運行時，它又悄然加速追趕。
2016HO3還有著幾乎失重的天體表面、28分鐘的晝夜交替、極端的溫度劇變……科學(xué)家推測，這顆直徑約40米至100米的天體，很可能是某次遠古撞擊事件的拋射物，光譜分析顯示，它的成分與月球巖石驚人地相似。作為太陽系的“活化石”，它記錄了太陽系形成初期的原始信息，對太陽系起源和演化研究有著重要意義。
天問二號擁有智能化“大腦”，它將“邊飛邊探邊決策”，先圍繞2016HO3伴飛，從距離目標(biāo)天體約2000千米開始，基本自主開展精準(zhǔn)捕獲、逐步接近、科學(xué)探測和樣品采集，最后返回地球。由于小天體引力非常弱小，堅硬表面容易造成探測器反彈，而松散表面又難以阻止探測器下陷。于是，技術(shù)團隊創(chuàng)新了小天體采樣方式，除常用的秒級觸碰采樣方式外，天問二號任務(wù)還將在距離小行星表面近處伸出機械臂實施懸停采樣，以及在小行星表面微重力環(huán)境下開展分鐘級的附著采樣。
火箭實現(xiàn)“零窗口”發(fā)射
2016HO3的體積小、質(zhì)量小、引力弱，捕獲難度大，天問二號探測器要順利抵達“目的地”，難關(guān)重重。對于火箭來說，發(fā)射窗口窄、軌道高度和入軌精度要求高、分離速度誤差控制嚴(yán)，要闖過的關(guān)卡同樣不少。
與以往發(fā)射地球軌道范圍內(nèi)的載荷相比，此次任務(wù)在分離階段進一步提速，由每秒7.9千米的第一宇宙速度，提升至超過每秒11.2千米的第二宇宙速度，從而使探測器掙脫地球引力。過程中，火箭要為探測器提供極高的速度和能量，綜合考量火箭運載能力、履約能力和可靠性等因素，我國宇航發(fā)射次數(shù)最多的火箭——長三乙火箭成為此次小行星探測之旅的“專屬座駕”。
本次任務(wù)是長三乙火箭首次執(zhí)行地球逃逸軌道發(fā)射任務(wù)。“火箭入軌時的速度達到每秒11.2千米，而只有將誤差控制在每秒1米之內(nèi)，才能將天問二號精準(zhǔn)送入軌道，否則可能造成探測器與小行星出現(xiàn)百萬公里級的誤差。”中國運載火箭技術(shù)研究院張亦樸打了個形象的比喻，這樣的入軌精度，就像在上海投出一個籃球，準(zhǔn)確命中位于北京的籃筐，同時保證籃球入筐時的角度和速度。為此，技術(shù)團隊在采用迭代制導(dǎo)技術(shù)的基礎(chǔ)上，運用末速修正技術(shù)，在分離前實時調(diào)整火箭的速度、姿態(tài)等，確保分離速度“達標(biāo)”，并滿足入軌精度要求。
何時啟程，也有講究。連續(xù)3天，火箭每天只有4分鐘的發(fā)射窗口期，加之目標(biāo)小行星與地球的相對位置一直在變化，“零窗口”發(fā)射能為探測器節(jié)省更多燃料，以更好地完成后續(xù)任務(wù)。為了完成地球逃逸軌道發(fā)射任務(wù)，技術(shù)團隊歷時兩年，完成多輪設(shè)計迭代，拿出了一套最簡化的設(shè)計方案，實現(xiàn)火箭與探測器完美“交班”。
小行星樣品預(yù)計2027年返回
天問二號任務(wù)的整個飛行過程復(fù)雜且精細，共包含13個飛行階段。其中，小行星探測和采樣返回包括9個階段。發(fā)射段順利完成后，探測器進入小行星轉(zhuǎn)移段，該階段將持續(xù)約1年，期間需實施深空機動、中途修正等操作，直至距離小行星約3萬公里處。隨后探測器依次進入小行星接近段、交會段、近距探測段，在近距探測段按照“邊飛邊探、逐步逼近”原則，對小行星開展懸停、主動繞飛等探測，確定采樣區(qū)后進入采樣段。
天問二號探測器上配置了11臺科學(xué)設(shè)備，這些先進設(shè)備將助力探測器在飛行過程中進行探測，獲取科學(xué)數(shù)據(jù)。
完成小行星“土特產(chǎn)”采集后，探測器將經(jīng)歷返回等待段、返回轉(zhuǎn)移段，在返回轉(zhuǎn)移段接近地球，返回艙與主探測器分離，獨自進入再入回收段，預(yù)計于2027年底著陸地球并完成回收。
此后，主探測器將繼續(xù)執(zhí)行第二項任務(wù)，飛向火星與木星之間小行星帶的一顆特別天體——主帶彗星311P，對其進行伴飛探測。
311P既像小行星般沿固定軌道行進，又像彗星一樣噴發(fā)塵埃。一般認(rèn)為，彗星儲存著大量的冰，當(dāng)它們靠近太陽時，內(nèi)部冰物質(zhì)受熱蒸發(fā)，形成壯麗的彗尾。但311P卻“定居”在小行星帶，這里過于靠近太陽，難以保留水冰等揮發(fā)性物質(zhì)。
一連串的問號就此涌現(xiàn)：塵埃中是否含有水分子？它的噴發(fā)能量從何而來？如果小行星帶中真的存在水冰，地球海洋起源是否需要重新審視？后續(xù)，天問二號探測器將穿越深空，揭開311P的神秘面紗。每一次探測數(shù)據(jù)的回傳，都有望重構(gòu)人類對太陽系演化的認(rèn)知。
發(fā)射側(cè)記
瞄準(zhǔn)小行星 “天問”再問天
今年春節(jié)假期剛過，大涼山的風(fēng)依舊帶著寒意，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，科技人員正忙碌地迎接裝載著天問二號探測器的運輸車隊。從探測器抵達發(fā)射場到發(fā)射升空，留給科技人員的時間不足百天。為保障我國首次小行星采樣返回任務(wù)順利發(fā)射，從測試調(diào)試全流程到精準(zhǔn)發(fā)射全系統(tǒng)保障，“零窗口”“零失誤”是他們的目標(biāo)。
“天問二號任務(wù)將突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，推動深空探測整體能力提升。在科學(xué)上，將獲取探測數(shù)據(jù)特別是要取得樣品，推動我國行星科學(xué)快速發(fā)展。”中國科學(xué)院院士張榮橋介紹。
為了保證天問二號探測器的測試環(huán)境符合要求，測試廠房在2024年底就根據(jù)探測器特點展開針對性改造。測試期間，發(fā)射場廠勤負責(zé)人張?zhí)祉樏刻於家c空調(diào)操作手一起，到廠房地溝內(nèi)巡查，確保機組正常運行。在漆黑、潮濕、悶熱的環(huán)境下，他們要彎腰小心前行上百米，仔細檢查每一條管路。“我們按計劃實施雨季、干燥天氣、大風(fēng)天氣專項檢查，空調(diào)系統(tǒng)進行應(yīng)急預(yù)案演練，沒有一絲一毫懈怠。”張?zhí)祉樥f。
此次小行星探測之旅的“專屬座駕”是長三乙火箭。火箭轉(zhuǎn)運吊裝階段正值西昌的雨季，塔勤系統(tǒng)指揮員孫輝與技術(shù)人員一起，反復(fù)梳理風(fēng)險隱患點。“油缸、閥控箱好！”“管路、電纜好！”“控制柜無滲水！”“平臺無積水！”一聲聲吆喝，傳遞著任務(wù)必勝的信心。
要確保天問二號沿著最優(yōu)軌道奔赴目的地，火箭必須在預(yù)定時間分秒不差點火，也就是“零窗口”發(fā)射。精準(zhǔn)的氣象預(yù)報、穩(wěn)妥的電力護航、高效的車輛運輸保障……各系統(tǒng)各崗位間的密切配合，都在為“零窗口”發(fā)射做好萬全準(zhǔn)備。
5月29日凌晨，群山圍繞的發(fā)射場燈火通明，這座位于大涼山深處的航天港，曾見證了“嫦娥”奔月、“北斗”組網(wǎng)?，F(xiàn)在，長三乙火箭已完成燃料加注，天問二號任務(wù)蓄勢待發(fā)。
倒計時階段，測發(fā)大廳的屏幕上，各項參數(shù)如心跳般躍動。此次任務(wù)01指揮員張潤紅，曾12次擔(dān)任系統(tǒng)指揮員、6次擔(dān)任技術(shù)陣地指揮員，對火箭各系統(tǒng)情況了如指掌，一項項口令精準(zhǔn)下達，確保發(fā)射前流程平穩(wěn)推進。
“5，4，3，2，1，點火！”夜幕下，火箭發(fā)動機噴涌出橘紅色火焰，托舉天問二號拔地而起，精準(zhǔn)抵達預(yù)定軌道。
“天問”再問天。
5月29日1時31分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙Y110運載火箭，成功將行星探測工程天問二號探測器發(fā)射升空。火箭飛行約18分鐘后，將探測器送入地球至小行星2016HO3轉(zhuǎn)移軌道。隨后，探測器太陽翼正常展開、相關(guān)機構(gòu)順利解鎖，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。
天問二號主要任務(wù)目標(biāo)是對小行星2016HO3進行探測、取樣并返回地球，此后再對主帶彗星311P開展科學(xué)探測。行星探測工程天問二號任務(wù)指揮部總指揮長、國家航天局局長單忠德表示，國家航天局牽頭實施天問二號任務(wù)，推動星際探測征程接續(xù)前進，邁出了深空探測的新一步，期待天問二號按計劃完成各項探測任務(wù)，取得更多原創(chuàng)科學(xué)成果，揭開更多宇宙奧秘，增進人類認(rèn)知。
尋訪地球的“神秘舞伴”
深空中，一顆名為2016HO3的小行星，正以特殊的方式與地球共舞。它既不是地球的天然衛(wèi)星，也不屬于典型的近地小行星，而是被天文學(xué)家歸類為地球“準(zhǔn)衛(wèi)星”。
天問二號探測器即將探訪的，就是這位地球的“神秘舞伴”。
在過去的100年里，2016HO3與地球始終保持著軌道共振。它既不會脫離地球引力影響，又不會真正成為地球衛(wèi)星，而是形成類似馬蹄形的環(huán)繞路徑，與地球始終保持微妙的距離——行至地球前方時，它會被地球輕柔地推開；待地球向前運行時，它又悄然加速追趕。
2016HO3還有著幾乎失重的天體表面、28分鐘的晝夜交替、極端的溫度劇變……科學(xué)家推測，這顆直徑約40米至100米的天體，很可能是某次遠古撞擊事件的拋射物，光譜分析顯示，它的成分與月球巖石驚人地相似。作為太陽系的“活化石”，它記錄了太陽系形成初期的原始信息，對太陽系起源和演化研究有著重要意義。
天問二號擁有智能化“大腦”，它將“邊飛邊探邊決策”，先圍繞2016HO3伴飛，從距離目標(biāo)天體約2000千米開始，基本自主開展精準(zhǔn)捕獲、逐步接近、科學(xué)探測和樣品采集，最后返回地球。由于小天體引力非常弱小，堅硬表面容易造成探測器反彈，而松散表面又難以阻止探測器下陷。于是，技術(shù)團隊創(chuàng)新了小天體采樣方式，除常用的秒級觸碰采樣方式外，天問二號任務(wù)還將在距離小行星表面近處伸出機械臂實施懸停采樣，以及在小行星表面微重力環(huán)境下開展分鐘級的附著采樣。
火箭實現(xiàn)“零窗口”發(fā)射
2016HO3的體積小、質(zhì)量小、引力弱，捕獲難度大，天問二號探測器要順利抵達“目的地”，難關(guān)重重。對于火箭來說，發(fā)射窗口窄、軌道高度和入軌精度要求高、分離速度誤差控制嚴(yán)，要闖過的關(guān)卡同樣不少。
與以往發(fā)射地球軌道范圍內(nèi)的載荷相比，此次任務(wù)在分離階段進一步提速，由每秒7.9千米的第一宇宙速度，提升至超過每秒11.2千米的第二宇宙速度，從而使探測器掙脫地球引力。過程中，火箭要為探測器提供極高的速度和能量，綜合考量火箭運載能力、履約能力和可靠性等因素，我國宇航發(fā)射次數(shù)最多的火箭——長三乙火箭成為此次小行星探測之旅的“專屬座駕”。
本次任務(wù)是長三乙火箭首次執(zhí)行地球逃逸軌道發(fā)射任務(wù)。“火箭入軌時的速度達到每秒11.2千米，而只有將誤差控制在每秒1米之內(nèi)，才能將天問二號精準(zhǔn)送入軌道，否則可能造成探測器與小行星出現(xiàn)百萬公里級的誤差。”中國運載火箭技術(shù)研究院張亦樸打了個形象的比喻，這樣的入軌精度，就像在上海投出一個籃球，準(zhǔn)確命中位于北京的籃筐，同時保證籃球入筐時的角度和速度。為此，技術(shù)團隊在采用迭代制導(dǎo)技術(shù)的基礎(chǔ)上，運用末速修正技術(shù)，在分離前實時調(diào)整火箭的速度、姿態(tài)等，確保分離速度“達標(biāo)”，并滿足入軌精度要求。
何時啟程，也有講究。連續(xù)3天，火箭每天只有4分鐘的發(fā)射窗口期，加之目標(biāo)小行星與地球的相對位置一直在變化，“零窗口”發(fā)射能為探測器節(jié)省更多燃料，以更好地完成后續(xù)任務(wù)。為了完成地球逃逸軌道發(fā)射任務(wù)，技術(shù)團隊歷時兩年，完成多輪設(shè)計迭代，拿出了一套最簡化的設(shè)計方案，實現(xiàn)火箭與探測器完美“交班”。
小行星樣品預(yù)計2027年返回
天問二號任務(wù)的整個飛行過程復(fù)雜且精細，共包含13個飛行階段。其中，小行星探測和采樣返回包括9個階段。發(fā)射段順利完成后，探測器進入小行星轉(zhuǎn)移段，該階段將持續(xù)約1年，期間需實施深空機動、中途修正等操作，直至距離小行星約3萬公里處。隨后探測器依次進入小行星接近段、交會段、近距探測段，在近距探測段按照“邊飛邊探、逐步逼近”原則，對小行星開展懸停、主動繞飛等探測，確定采樣區(qū)后進入采樣段。
天問二號探測器上配置了11臺科學(xué)設(shè)備，這些先進設(shè)備將助力探測器在飛行過程中進行探測，獲取科學(xué)數(shù)據(jù)。
完成小行星“土特產(chǎn)”采集后，探測器將經(jīng)歷返回等待段、返回轉(zhuǎn)移段，在返回轉(zhuǎn)移段接近地球，返回艙與主探測器分離，獨自進入再入回收段，預(yù)計于2027年底著陸地球并完成回收。
此后，主探測器將繼續(xù)執(zhí)行第二項任務(wù)，飛向火星與木星之間小行星帶的一顆特別天體——主帶彗星311P，對其進行伴飛探測。
311P既像小行星般沿固定軌道行進，又像彗星一樣噴發(fā)塵埃。一般認(rèn)為，彗星儲存著大量的冰，當(dāng)它們靠近太陽時，內(nèi)部冰物質(zhì)受熱蒸發(fā)，形成壯麗的彗尾。但311P卻“定居”在小行星帶，這里過于靠近太陽，難以保留水冰等揮發(fā)性物質(zhì)。
一連串的問號就此涌現(xiàn)：塵埃中是否含有水分子？它的噴發(fā)能量從何而來？如果小行星帶中真的存在水冰，地球海洋起源是否需要重新審視？后續(xù)，天問二號探測器將穿越深空，揭開311P的神秘面紗。每一次探測數(shù)據(jù)的回傳，都有望重構(gòu)人類對太陽系演化的認(rèn)知。
發(fā)射側(cè)記
瞄準(zhǔn)小行星 “天問”再問天
今年春節(jié)假期剛過，大涼山的風(fēng)依舊帶著寒意，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，科技人員正忙碌地迎接裝載著天問二號探測器的運輸車隊。從探測器抵達發(fā)射場到發(fā)射升空，留給科技人員的時間不足百天。為保障我國首次小行星采樣返回任務(wù)順利發(fā)射，從測試調(diào)試全流程到精準(zhǔn)發(fā)射全系統(tǒng)保障，“零窗口”“零失誤”是他們的目標(biāo)。
“天問二號任務(wù)將突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，推動深空探測整體能力提升。在科學(xué)上，將獲取探測數(shù)據(jù)特別是要取得樣品，推動我國行星科學(xué)快速發(fā)展。”中國科學(xué)院院士張榮橋介紹。
為了保證天問二號探測器的測試環(huán)境符合要求，測試廠房在2024年底就根據(jù)探測器特點展開針對性改造。測試期間，發(fā)射場廠勤負責(zé)人張?zhí)祉樏刻於家c空調(diào)操作手一起，到廠房地溝內(nèi)巡查，確保機組正常運行。在漆黑、潮濕、悶熱的環(huán)境下，他們要彎腰小心前行上百米，仔細檢查每一條管路。“我們按計劃實施雨季、干燥天氣、大風(fēng)天氣專項檢查，空調(diào)系統(tǒng)進行應(yīng)急預(yù)案演練，沒有一絲一毫懈怠。”張?zhí)祉樥f。
此次小行星探測之旅的“專屬座駕”是長三乙火箭?；鸺D(zhuǎn)運吊裝階段正值西昌的雨季，塔勤系統(tǒng)指揮員孫輝與技術(shù)人員一起，反復(fù)梳理風(fēng)險隱患點。“油缸、閥控箱好！”“管路、電纜好！”“控制柜無滲水！”“平臺無積水！”一聲聲吆喝，傳遞著任務(wù)必勝的信心。
要確保天問二號沿著最優(yōu)軌道奔赴目的地，火箭必須在預(yù)定時間分秒不差點火，也就是“零窗口”發(fā)射。精準(zhǔn)的氣象預(yù)報、穩(wěn)妥的電力護航、高效的車輛運輸保障……各系統(tǒng)各崗位間的密切配合，都在為“零窗口”發(fā)射做好萬全準(zhǔn)備。
5月29日凌晨，群山圍繞的發(fā)射場燈火通明，這座位于大涼山深處的航天港，曾見證了“嫦娥”奔月、“北斗”組網(wǎng)。現(xiàn)在，長三乙火箭已完成燃料加注，天問二號任務(wù)蓄勢待發(fā)。
倒計時階段，測發(fā)大廳的屏幕上，各項參數(shù)如心跳般躍動。此次任務(wù)01指揮員張潤紅，曾12次擔(dān)任系統(tǒng)指揮員、6次擔(dān)任技術(shù)陣地指揮員，對火箭各系統(tǒng)情況了如指掌，一項項口令精準(zhǔn)下達，確保發(fā)射前流程平穩(wěn)推進。
“5，4，3，2，1，點火！”夜幕下，火箭發(fā)動機噴涌出橘紅色火焰，托舉天問二號拔地而起，精準(zhǔn)抵達預(yù)定軌道。
“天問”再問天。
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