军装梦圆，92岁老兵重拾青春记忆

天问二号主要任务目标是对小行星2016HO3进行探测(tàncè)、取样并返回地球，此后再对主带彗星311P开展科学探测。这是我国首次(shǒucì)实施小行星采样返回任务，迈出了深空(shēnkōng)探测的新一步 天问二号任务技术难度大，工程风险(fēngxiǎn)高，设计任务周期10年左右，后续环节的不确定因素对于这场漫长征程来说是一场持续考验(kǎoyàn) 文 |《瞭望(liàowàng)》新闻周刊记者 贾雯静 5月29日1时31分(fēn)，辉光照亮夜空。由中国(zhōngguó)航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院(yánjiūyuàn)抓总研制的长征三号乙Y110运载火箭（下称长三乙火箭），在西昌卫星发射中心烈焰中起飞。 火箭飞行约18分钟后，将中国航天科技集团所属中国空间技术研究院抓总研制的天问(tiānwèn)二号探测器送入地球至小行星(xiǎoxíngxīng)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，标志着我国天问二号探测任务顺利启程，为(wèi)后续深空探索跑好关键(guānjiàn)“第一棒(bàng)”。 自2020年中国航天日(rì)启动“天问”系列以来，这一以屈原诗句命名的(de)行星探测工程，赓续(gēngxù)中华文明对宇宙奥秘的追问。目前，天问一号探测器已获取珍贵火星原始科学数据。 如今，天问二号再次(zàicì)踏上星际探测征程，主要任务(rènwù)目标是(shì)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。 国家航天局(guójiāhángtiānjú)局长单忠德表示，国家航天局牵头实施(shíshī)天问二号任务，推动星际探测征程(zhēngchéng)接续前进，迈出了深空探测的新一步。任务实施周期长，风险难度大，工程全线攻坚克难，协同攻关，确保了发射任务圆满成功(yuánmǎnchénggōng)。 我国在西昌卫星发射中心(xīchāngwèixīngfāshèzhōngxīn)用长征三号乙运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)，成功(chénggōng)将行星探测工程天问二号探测器发射升空（2025 年 5 月 29 日摄） 才扬摄 / 本刊 发射阶段面临三重挑战(tiǎozhàn) 天问二号任务的首道(shǒudào)难关在于发射环节。 为顺利完成发射，本次行星探测任务选用的(de)运载工具为长征三号甲系列运载火箭(huǒjiàn)三兄弟中“力气(lìqì)最大”的长三乙火箭，该火箭于1993年获批(huòpī)立项，自1996年首飞成功至今，承担了多个国家重大工程任务，曾执行过嫦娥三号、嫦娥四号等探月工程任务，此前已完成108次发射，是我国(wǒguó)宇航发射次数最多的单一型号火箭。 中国航天科技集团魏远明表示，虽然已经执行了百余次发射任务(rènwù)，但此次任务是长三乙火箭首次执行地球逃逸轨道(guǐdào)发射，面临新(xīn)情况新挑战。 挑战一：速度要求更(gèng)快。 魏远明介绍，以往发射(fāshè)地球轨道范围内的(de)载荷时，火箭分离速度达(dá)第一宇宙速度每秒7.9千米即可，此速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动所需的最小速度。 此次任务发射目标(mùbiāo)并非绕地球旋转的(de)卫星，航天器必须完全脱离地球引力控制进入逃逸轨道，火箭分离时速度(sùdù)须达到第二宇宙速度，最低要求为每秒11.2千米。 “这(zhè)对火箭的运载能力、履约能力等都提出了更(gèng)高要求。”魏远明说。 挑战二：精度要求更高(gènggāo)。 “小行星体积小、质量小、引力弱，捕获难度大(dà)，对火箭入轨精度(jīngdù)要求高。”中国运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)技术研究院张亦朴说，此次火箭入轨速度(sùdù)达到每秒11.2千米的同时，速度偏差不能超过1米，才能将天问二号精准送入轨道，否则可能会造成百万公里的级差。 难点三(sān)：发射窗口更窄。 小行星2016HO3运行轨道(guǐdào)较为特殊，一方面既(jì)像其他小行星一样(yīyàng)环绕太阳运行，且公转周期与地球相近；另一方面，其轨道又围绕地球运行。 这种特殊运行轨迹使它与(yǔ)地球的相对位置(wèizhì)和运动状态较为复杂，只有在特定时间段内，地球、探测(tàncè)器和小行星才能处于相对合适的位置关系，从而确保探测器能够以更快的速度抵近小行星并实现有效探测。 经过专家团队测算，此次发射任务的窗口期仅为5月29日到31日连续3天，每天只有4分钟。加之目标(mùbiāo)小行星与地球的相对位置处于(chǔyú)变化之中，只有零(líng)窗口发射最节省燃料，给型号团队带来了更(gèng)大的挑战。 多方协同、技术迭代　确保发射(fāshè)“万无一失” 早在2018年，天问二号的发射任务(rènwù)就“花落”长三乙火箭(huǒjiàn)。为(wèi)确保其可靠、精准、准时跑好天问二号任务“第一棒”，工程全线攻坚克难，协同攻关，确保火箭发射“万无一失”。 提高运载能力(nénglì)方面，针对长征三号甲系列运载火箭，型号团队于2020年实施运载能力与可靠性“双提升”工程，完成了(le)多条技术状态变化的验证工作，确认了箭体结构(jiégòu)、增压输送、总装总测三大系统数十个重点关注项目(xiàngmù)，并对总装全过程状态从严要求，针对性梳理(shūlǐ)了装配风险点并予以排除，确保产品顺利完成总装测试(cèshì)。该工程后，长三乙火箭地球同步转移轨道运载能力提升至5.55吨，与天问二号探测器质量要求更贴合(tiēhé)。 确保精确入轨(rùguǐ)方面，研制团队在采用迭代制导技术的(de)基础上，还运用了末速修正技术，在分离前实时调整火箭的速度、姿态(zītài)等，确保满足入轨精度要求。 不仅如此，研制人员经过多轮协调，将连续(liánxù)3个发射日每天一套发射轨道程序简化为3天共用一套程序，大大精简了发射流程，提高火箭(huǒjiàn)可靠性(kěkàoxìng)和任务适应性。 火箭(huǒjiàn)测控系统方面，西昌卫星发射中心马忠权介绍，为满足零(líng)窗口发射需求，团队对测控设备精度不断进行调校，通过测控火箭外侧的飞行(fēixíng)弹道、飞行姿态以及火箭内侧的气压、燃料使用情况、温度等(děng)指标，了解火箭整体飞行状态。 本次测控系统还进行了全自动(quánzìdòng)跟踪(gēnzōng)改造，借助AI算法让测控系统自动进行跟踪捕获，减轻操作手压力，提高跟踪性能和应急情况(qíngkuàng)处理能力。 火箭(huǒjiàn)整体设计(shèjì)方面，马忠权说：“多年来火箭外形延续经典，实际上，其内部的电气、动力、火工等系统和装置已历经三年的迭代升级。”与此同时，型号团队对箭上关键产品优中选优、加严验收、增加测试项目，严格控制火箭技术(jìshù)状态(zhuàngtài)变化。 此外，“长三乙火箭还采用了通用化、系列化(xìlièhuà)、组合化的设计思路，为(wèi)全流程研制生产效率提速。”中国运载火箭技术研究院覃艺说。 例如施行“去任务(rènwù)化”的设计(shèjì)研制模式，即火箭助推器、芯一级、芯二级、芯三级等产品都实现通用化和组批投产，提高(tígāo)生产效率，缩短履约周期。 再如施行批量生产管理模式，通过系统综合试验、火箭总装和出厂测试(cèshì)并行开展，实施滚动出厂发射(fāshè)，实现流水线式柔性作业的运载火箭批生产，达到年生产发射15发火箭的能力水平，更好(gènghǎo)应对(yìngduì)任务需求。 后续探测、采样阶段(jiēduàn)仍存不确定性 发射任务圆满成功仅仅(jǐnjǐn)是“第一步”。“天问二号任务技术难度大，工程风险高，设计任务周期10年左右，后续环节的不确定因素对于(duìyú)这场漫长征程来说是一场(yīchǎng)持续考验。”多位受访专家提到。 天问二号任务(rènwù)共包含发射段、小行星转移段、小行星接近(jiējìn)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(zhǔdài)彗星(huìxīng)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。 在探测阶段(jiēduàn)，任务难点主要体现在时间周期长，能源需求量大。中国航天科技集团曾福明说，小行星2016HO3距离(jùlí)地球1800万至4600万公里(gōnglǐ)，主带彗星311P距离地球1.5亿至5亿公里，距离地球远，通信存在较长延迟。这对能源管理、智能控制以及产品的寿命(shòumìng)、可靠性(kěkàoxìng)等方面都提出了较高要求。 为应(yīng)对此挑战，曾福明说：“本次任务(rènwù)创新性采用大面积圆形柔性太阳翼设计，实现能源供给与轻量化的效果。” 同时，探测器共(gòng)配置11台科学设备，将助力探测器在飞行(fēixíng)过程中对小行星和主带彗星(huìxīng)进行光谱测量、光学成像、空间环境探测等，获取科学数据，为后续采样环节奠定基础。 在采样阶段(jiēduàn)，难点一方面体现在目标天体的未知特性。基于当前有限观测数据，人类对小行星2016HO3的形态特征，如(rú)形状、具体尺寸，表面物理状态，如物质组成等关键信息认知(rènzhī)不足。这种不确定性对探测器自主化(zìzhǔhuà)程度、多类型采样能力要求更高，以应对(yìngduì)潜在的样本获取风险。 另一方面，还需要突破弱引力条件下的附着与采样(cǎiyàng)难题。据了解，小行星2016HO3质量较小，几乎处于零重力环境，坚硬表面(biǎomiàn)易造成探测器反弹，松散表面又难以阻止探测器下陷，加之其处于高速自转(zìzhuàn)状态，探测器的控制必须足够精确。因此，于有限时间(shíjiān)内完成采样任务并将样品装进容器难度较大。“针对(zhēnduì)此，我们在前期(qiánqī)已经进行了多次地面验证，但仍然可能面临(miànlín)未知情况。”中国航天科技集团陈春亮说。 在考验(kǎoyàn)中积累宝贵经验和科学财富 曾福明表示，天问二号任务面临多重考验，是我国(wǒguó)深空探索不断深入的重要实践，从中可以(kěyǐ)积累宝贵经验，不断对关键技术进行(jìnxíng)验证和创新。 这也是此次任务的工程目标之一——突破弱(ruò)引力(yǐnlì)天体表面(biǎomiàn)取样、高精度相对自主导航与控制、小推力转移轨道设计(shèjì)等一系列关键技术。锚定这一工程目标，天问二号任务在技术创新和科学产出上具有显著特点。 一方面创新小(xiǎo)天体采样方式，除触碰采样方式外，天问二号任务还(hái)将根据探测具体情况实施悬停采样以及附着采样。 另一方面(lìngyìfāngmiàn)推动智能化航天器发展，针对目标天体(tiāntǐ)特性未知等难题，探测器将采用“边飞边探边决策”的策略，获取目标天体特性信息后，在地面策略指导(zhǐdǎo)下基本自主开展目标天体的精准捕获、逐步接近、科学探测和样品(yàngpǐn)采集。 锁定工程目标的同时，科学目标亦是此次(cǐcì)任务的核心关键。天问二号任务工程副总师、中国科学院国家天文台研究员刘建军介绍，小行星是太阳系中一种(yīzhǒng)非常独特的天体，形成于(yú)太阳系早期约45亿年前，没有(méiyǒu)经过(jīngguò)类似于地球一样的演化过程，基本保持原有状态，对地球和太阳系的研究均具有重要意义。 而(ér)目标小行星2016HO3是在2016年发现的地球第5颗（共7颗）准卫星，非常稀缺，在上百万个(gè)小天体(tiāntǐ)中万里挑一，科学家对其起源也众说纷纭，加上对其形状、构成等情况了解甚少，具有(jùyǒu)很大的研究价值。 “主带彗星311P同样特殊，又称活跃小行星，其轨道(guǐdào)位于(wèiyú)主带小行星上，同时具备彗星喷发的特征，也承载着重要的科学探索(tànsuǒ)意义。”天问二号任务地面应用系统总师、中国科学院国家(guójiā)天文台研究员苏彦说。 因此，天问二号(èrhào)探测任务的科学(kēxué)目标聚焦于测定(cèdìng)小行星和主带彗星的多项物理(wùlǐ)参数。一是测定小行星和主带彗星的轨道参数、自转参数、形状大小、热辐射特性等物理参数，开展(kāizhǎn)(kāizhǎn)轨道动力学研究；二是开展小行星和主带彗星的形貌、物质组分、内部结构以及可能的喷发物等研究；三是开展样品的实验室分析研究，测定样品物理性质、化学与矿物成分，开展小行星和太阳系早期的形成与演化研究。 深空探测道阻且长，航天事业发展任重道远，单忠德表示，期待天问二号按计划完成各项(gèxiàng)探测任务，取得(qǔde)更(gèng)多原创科学成果，揭开更多宇宙奥秘，增进人类认知。■