科幻电影中的外星球,往往有着自己的世界和文明。那么,真实的外星球上是什么样的?或许,这一次航天任务能够给出答案——
5月29日1时31分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙Y110运载火箭,成功将行星探测工程天问二号探测器发射升空。火箭飞行约18分钟后,将探测器送入地球至小行星2016HO3转移轨道。此后,探测器太阳翼正常展开,发射任务取得圆满成功。
天问二号开启“追星”之旅
天问二号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。
天问二号任务技术难度大,工程风险高,共包含发射段、小行星转移段、小行星接近段、小行星交会段、小行星近距探测段、小行星采样段、返回等待段、返回转移段、再入回收段、主带彗星转移段、主带彗星接近段、主带彗星交会段、主带彗星近距探测段等13个飞行阶段。
其中,小行星探测和采样返回包括9个阶段,发射段顺利完成后,探测器进入小行星转移段,这一阶段将持续约1年,其间需实施深空机动、中途修正等操作,直至距离小行星约3万公里处。
随后依次进入小行星接近段、交会段、近距探测段,在近距探测段按照“边飞边探、逐步逼近”原则,对小行星开展悬停、主动绕飞等探测,确定采样区后进入采样段。
完成采样任务后,探测器将经历返回等待段、返回转移段,在返回转移段接近地球,返回舱与主探测器分离,之后独自进入再入回收段,将于2027年底着陆地球并完成回收。
此后,主探测器则继续飞行,前往主带彗星311P,开展后续探测任务。
为什么要造访这两颗星
天问二号第一站是2016HO3小行星,它位于距离地球数百万到数千万公里的深空中。美国夏威夷的泛星计划巡天望远镜于2016年在浩瀚星空中首次捕捉到了它的踪迹,它是人类发现的地球准卫星之一。
什么是地球准卫星?科学家们发现2016HO3十分有趣,如同地球卫星一般,围绕着地球转。国际宇航联空间运输委员会主席杨宇光告诉记者,之所以叫作地球准卫星,而不是地球卫星,是因为2016HO3的轨道与地球高度关联,长期在地球附近徘徊,却未被地球引力完全捕获,具有“若即若离”的轨道特性。
“主带彗星311P更特殊了!”天问二号到访的第二站是2013年8月27日由泛星计划望远镜发现的主带彗星311P。
主带彗星311P这位“伪装者”,是运行在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。对主带彗星311P进行探测,有助于了解小天体的物质组成、结构以及演化机制,填补太阳系小天体研究领域的空白。
在杨宇光看来,2016HO3和311P这两个天体,大概率埋藏着太阳系诞生之初的“蛛丝马迹”,具有极高的科学研究价值。此外,他认为,科学家们选择这两颗天体肯定是经历过更严格缜密的计算。
国际上尚属首次,堪称“史诗级”难度
天问二号任务本身十分复杂,选择地球准卫星和主带彗星为探测对象,在国际上尚属首次,堪称“史诗级”难度。
据悉,天问二号要经过约一年的飞行,才会到达探测任务第一站:2016HO3。不过,它需伴随这颗小天体飞行一年后,才能择机执行采样任务。
不同于月球采样的“短平快”,天问二号着陆采样前为何需要伴飞一年之久?
杨宇光表示,这是因为我们对月球的了解已经足够多了,但是对2016HO3还知之甚少。“2016HO3距离地球非常远,我们在地球上对它的成像非常有限,它表面的具体地形并不为人所知。”
轨道设计同样是“极限挑战”。完成小行星取样后,天问二号要返回到地球附近,“丢下”样品,并调整轨道,继续飞往旅途第二站——主带彗星311P。
“天问二号任务时间是我们航天历史上最长的。”杨宇光告诉记者,天问二号执行采样任务时间约为两年半,从地球飞到311P,预计耗费7年时间,整个任务执行周期相当于近十年的时间。
释疑
到小行星“挖土”有多难
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小行星距离地球为1800万至4600万公里,311P主带彗星距离地球为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,对于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。
这次发射任务相当于
上海投篮命中北京篮筐
5月29日凌晨1点31分,长征三号乙运载火箭点火起飞,飞行约18分钟后,将天问二号探测器送入地球至小行星2016HO3转移轨道。中国航天科技集团陈闽慷介绍说:“这是具有里程碑意义的一次发射任务。”
记者崔霞问:“是不是可以说我们的火箭打了个十环?”
陈闽慷回答:“10.9环,因为精度比我们预想的还要再高一些。”
天问二号要去往百万公里外的小行星,这对入轨精度的要求非常高,失之毫厘差之千里。长三乙火箭研制队伍通过一系列手段,让探测器入轨偏差不超过每秒1米。此次发射任务,火箭的入轨速度要达到每秒11.2公里,并且要保证高精度的入轨,这相当于从上海投出一个篮球,要投中位于北京的篮筐,还要保证篮球入筐时的飞行角度和速度。
综合潮新闻、央视新闻、
新华社、科技日报报道