天問(wèn)二號主要任務(wù)目標是對小行星2016HO3進(jìn)行探測、取樣并返回地球，此后再對主帶彗星311P開(kāi)展科學(xué)探測，設計任務(wù)周期十年左右。其中，小行星2016HO3是地球準衛星之一，和地球一同環(huán)繞太陽(yáng)運轉。2016HO3小行星距離地球約1800萬(wàn)至4600萬(wàn)公里。天問(wèn)二號任務(wù)地面應用系統總師、中國科學(xué)院國家天文臺研究員蘇彥向《環(huán)球時(shí)報》記者介紹稱(chēng)，人類(lèi)于2016年在浩瀚的宇宙中發(fā)現這顆“特殊”的小行星，其繞太陽(yáng)公轉周期為365.4天，與地球的365.25天幾乎完全同步，且軌道非常穩定，和地球保持合適的距離，這使得小行星2016HO3具有工程上的可達性。
而主帶彗星311P的軌道位于火星和木星之間的小行星帶內，距離地球約1.5億至5億公里。天問(wèn)二號任務(wù)副總師、中國科學(xué)院國家天文臺研究員劉建軍向《環(huán)球時(shí)報》記者介紹稱(chēng)，主帶彗星311P既有彗星的特征，又有小行星的特征，它的軌道特征與主帶小行星相似，但又呈現彗星觀(guān)測特征，因此也被認為是一顆活躍小行星，具有非常高的科學(xué)研究?jì)r(jià)值。
據了解，此次任務(wù)中，天問(wèn)二號的工程目標包括：突破弱引力天體表面取樣、高精度相對自主導航與控制、小推力轉移軌道設計等一系列關(guān)鍵技術(shù)。與此同時(shí)為小行星起源及演化等前沿科學(xué)研究提供探測數據和珍貴樣品。
而此次任務(wù)的科學(xué)目標則聚焦于測定小行星和主帶彗星的多項物理參數。一是測定小行星和主帶彗星的軌道參數、自轉參數、形狀大小、熱輻射特性等物理參數，開(kāi)展軌道動(dòng)力學(xué)研究;二是開(kāi)展小行星和主帶彗星的形貌、物質(zhì)組分、內部結構以及可能的噴發(fā)物等研究;三是開(kāi)展樣品的實(shí)驗室分析研究，測定樣品物理性質(zhì)、化學(xué)與礦物成分、同位素組成和結構構造，開(kāi)展小行星和太陽(yáng)系早期的形成與演化研究。
“太陽(yáng)系的小天體沒(méi)有經(jīng)歷大行星和天體的物理、化學(xué)演化過(guò)程，它們保留有太陽(yáng)系形成之初的最原始的物質(zhì)成分。因此對小行星2016HO3開(kāi)展探測、采集樣品然后在實(shí)驗室進(jìn)行分析將為揭示太陽(yáng)系起源與早期演化，以及地球的演化過(guò)程提供重要科學(xué)依據。”劉建軍稱(chēng)。
據了解，天問(wèn)二號探測器上配置了中視場(chǎng)彩色相機、多光譜相機、可見(jiàn)紅外成像光譜儀、熱輻射光譜儀、探測雷達、磁強計、帶電粒子與中性粒子分析儀、噴發(fā)物分析儀等8臺科學(xué)載荷，以及窄視場(chǎng)導航敏感器、激光一體化導航敏感器2臺工程和科學(xué)復用載荷，還搭載1臺旋轉衍射高光譜相機。這些先進(jìn)設備將助力探測器在飛行過(guò)程中對小行星和主帶彗星進(jìn)行探測，獲取科學(xué)數據。
天問(wèn)二號任務(wù)整個(gè)飛行過(guò)程復雜且精細。根據任務(wù)規劃共包含發(fā)射段、小行星轉移段、小行星接近段、小行星交會(huì )段、小行星近距探測段、小行星采樣段、返回等待段、返回轉移段、再入回收段、主帶彗星轉移段、主帶彗星接近段、主帶彗星交會(huì )段、主帶彗星近距探測段等13個(gè)飛行階段。
其中，小行星探測包括9個(gè)階段，總耗時(shí)約2.5年。在發(fā)射段順利完成后，探測器進(jìn)入小行星轉移段，期間需實(shí)施深空機動(dòng)、中途修正等操作，直至距離小行星約3萬(wàn)公里處。隨后依次進(jìn)入小行星接近段、交會(huì )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(kāi)展懸停、主動(dòng)繞飛等探測，確定采樣區后進(jìn)入采樣段。完成采樣任務(wù)后，探測器將經(jīng)歷返回等待段、返回轉移段，在返回轉移段接近地球，返回艙與主探測器分離，之后獨自進(jìn)入再入回收段，預計于2027年底著(zhù)陸地球并完成回收。
此后，主探測器則繼續飛行，前往主帶彗星311P，開(kāi)展后續探測任務(wù)，這一階段任務(wù)預計將持續數年時(shí)間。
不同于此前嫦娥五號和嫦娥六號任務(wù)是在重力環(huán)境下開(kāi)展的采樣，此次天問(wèn)二號任務(wù)是在小行星微重力環(huán)境下采樣，且小行星表面特性充滿(mǎn)未知性，因此，對小行星2016HO3開(kāi)展穩定的附著(zhù)探測采樣難度非常大。
為此，天問(wèn)二號項目團隊設計有三種采樣方式，分別是觸碰采樣、懸停采樣和附著(zhù)采樣。中國航天科技集團陳春亮在接受《環(huán)球時(shí)報》記者采訪(fǎng)時(shí)介紹稱(chēng)，針對目標天體特性未知等難題，天問(wèn)二號探測器還將采用“邊飛邊探邊決策”的策略，從距離目標天體約2000千米開(kāi)始，基本自主開(kāi)展目標天體精準捕獲、逐步接近、科學(xué)探測和樣品采集。
此次天問(wèn)二號發(fā)射任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功，也為后續探測任務(wù)開(kāi)了一個(gè)好頭。據《環(huán)球時(shí)報》記者了解，本次任務(wù)是長(cháng)三乙火箭首次執行地球逃逸軌道發(fā)射任務(wù)。在以往執行的發(fā)射地球軌道范圍內載荷的任務(wù)中，長(cháng)三乙火箭分離速度僅需達到第一宇宙速度，即每秒7.9千米。但在此次任務(wù)中，天問(wèn)二號探測器與長(cháng)三乙火箭分離時(shí)速度必須要超過(guò)每秒11.2千米的第二宇宙速度，從而使天問(wèn)二號探測器能夠脫離地球引力，進(jìn)入地球逃逸軌道。不僅如此，此次發(fā)射任務(wù)對火箭入軌精度要求極高。長(cháng)三乙火箭入軌速度在達到每秒11.2千米的同時(shí)，速度偏差不能超過(guò)1米，否則可能會(huì )造成“天問(wèn)二號”探測器與目標行星百萬(wàn)公里的級差。
為此，研制團隊在采用迭代制導技術(shù)的基礎上，還運用了末速修正技術(shù)，將在探測器和火箭分離前實(shí)時(shí)調整火箭的速度、姿態(tài)等，確保滿(mǎn)足入軌精度要求。
行星探測工程天問(wèn)二號任務(wù)指揮部總指揮長(cháng)、國家航天局局長(cháng)單忠德表示，天問(wèn)二號任務(wù)實(shí)施周期長(cháng)，風(fēng)險難度大，工程全線(xiàn)攻堅克難，協(xié)同攻關(guān)，確保了發(fā)射任務(wù)圓滿(mǎn)成功。期待天問(wèn)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(kāi)更多宇宙奧秘，增進(jìn)人類(lèi)認知。
