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地球自转发电科学家初步验证这一奇思妙想
◎本报记者 付毅飞 何沛苁
5月29日凌晨，长征三号乙Y110运载火箭从中国西昌卫星发射中心点火升空，将行星探测工程天问二号探测器送入地球至小行星2016HO3转移轨道，开启小行星探测与采样返回之旅。
国家航天局探月与航天工程中心副主任、天问二号任务新闻发言人韩思远介绍，天问二号任务是我国首次实施行星际取样返回任务，计划对小行星2016HO3开展伴飞探测和取样返回，并飞至小行星带对311P主带彗星开展科学探测活动。任务以采集小行星样品并返回地球作为成功标志。
记者从国家航天局了解到，天问二号任务整个飞行过程复杂且精细，包含13个飞行阶段，设计任务周期10年左右。
为何挑战双星探测？
加深对小天体起源演化认知
天问二号任务艰巨复杂，包含多项特点和亮点。
2016HO3是地球的一颗“准卫星”，其稳定运行于地球轨道附近，公转周期与地球公转周期接近。根据前期科学研究，该小行星很有可能保留着太阳系诞生之初的原始信息，对研究太阳系早期物质组成、形成过程和演化历史具有极高的科研价值。
311P主带彗星是运行于火星与木星轨道之间小行星带中的小天体，同时具有传统彗星的物质构成特征和小行星的轨道特征。对该主带彗星进行探测，能够促进对小天体物质组成、结构以及演化机制的探索。
针对上述科学探索任务，天问二号探测器携带了11台科学载荷，将对相关天体地貌、物质组分、内部结构、可能的喷发物以及轨道力学等方面开展研究。如果成功取回科学样品，科技人员将对样品物理特性、化学与矿物成分等方面开展研究测定。
“我们希望通过天问二号任务实施，能够在这两类小天体的认知、起源、演化等方面取得科学研究突破。”韩思远说。
到小行星“挖土”有多难？
微重力环境下采样无处着力
相比我国此前实施的月球、火星探测任务，天问二号任务的探测目标不同，涉及的技术难点也不相同。
一是任务距离跨度大。2016HO3小行星距离地球约1800万至4600万公里，311P主带彗星距离地球约1.5亿至5亿公里，通信存在较长延迟。距离远、目标多、周期长，对轨道设计、能源管理、智能控制，以及工作状态的长寿命、高可靠等方面都提出很高要求。
二是目标天体特性存在未知。根据现有观测数据，2016HO3小行星的自转速度、表面状态等具体情况尚存不确定性。对此，科研团队为探测器制定了“边飞边探边决策”的策略，提高了探测器智能化自主化程度，并设计了3种采样方式，以应对相关不确定因素。
三是弱引力条件下采样。相比“嫦娥”在月球上挖土时的表取和钻取，小行星的微重力环境会让探测器无处着力。据判断，2016HO3小行星的平均直径约41米，几乎是零重力，而且处于高速自转状态。在这种复杂条件下，探测器要利用有限时间完成稳定附着及采样，任务难度极大。为尽最大努力获取样品，天问二号将尝试多种采样方式。
获取样品后，天问二号探测器将等待合适的时机，把样品送回地球。接近地球时，装着样品的返回舱将与主探测器分离，独自再入地球大气层。如果一切顺利，大概在2027年底，科学家就能签收这份小行星“土特产”。而投送完“包裹”的天问二号则要继续飞行，前往主带彗星311P，开展后续科学探测任务。
入轨精度要求有多高？
好比从北京投篮命中上海篮筐
当日实施的发射，长征三号甲系列运载火箭首次执行地球逃逸轨道发射任务，其中颇有讲究。
记者从中国航天科技集团一院了解到，以往地球轨道范围内的发射任务，火箭分离速度为大约每秒7.9千米的第一宇宙速度，而在此次任务中，火箭分离速度需超过约每秒11.2千米的第二宇宙速度。在综合考量火箭运载能力、履约能力和可靠性等因素后，长征三号乙运载火箭被选为天问二号的“座驾”。
由于小行星体积小、质量小、引力弱，捕获难度大，对火箭入轨精度要求极高。发射任务中，火箭入轨速度在达到约每秒11.2千米的基础上，还要保证与设计所要求速度的偏差不能超过1米，否则可能给探测器带来百万公里级的误差。专家形容，这样的入轨精度，就好比在北京投出一个篮球，要投进位于上海的篮筐，还要保证篮球入筐时的飞行角度和速度。为此，火箭团队在采用迭代制导技术的基础上，运用了末速修正技术，在分离前实时调整火箭的速度、姿态等，确保满足入轨精度要求。(科技日报) 【编辑:付子豪】
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