2025年5月29日，中國行星探測工程天問二號任務探測器發射！按照計劃，天問二號任務將通過一次發射，實施小行星2016 H03伴飛、取樣、返回和主帶彗星311P伴飛探測等多項任務。天問二號計劃3年內完成近地小行星探測和取樣返回，10年內到達主帶開展環繞探測，實現中國小行星探測跨越式的發展。

（圖片來源：新華社記者 才揚 攝）

窮究宇宙，天問二號接續追問

天問系列（Tianwen）是中國行星探測系列任務名稱，主要目標是實施以火星探測爲重點的行星探測工程。

2020年7月23日，天問一號探測器在文昌航天發射場由長征五號遙四運載火箭發射升空，着巡組合體於2021年5月15日成功軟着陸火星表面，並在7天后開展了火面巡視。天問一號順利實現了對火星進行“繞、着、巡”的三大任務，使我國成爲繼美國之後，第二個在火星着陸探測的國家。

（圖片來源：作者提供）

今日，天問系列探測器再次踏上星際征途，開啓了我國行星探測工程的新篇章。本次發射使用“長征三號乙改二型”(CZ-3B/G2)運載火箭，於西昌衛星發射中心進行任務執行。從解決小行星探測主要的科學問題出發，天問二號任務發射探測器將在距地球遠達4200萬公里的空間，圍繞近地小行星2016 H03和主帶彗星311P展開探測，實現“認知小天體、解密小天體，追溯小天體的前世和今生，探索生命和地球水的起源，揭示太陽對小天體的影響，以及探究小天體對地球的危害”5大類科學目標。

此次的任務大致分爲兩個階段，第一階段是近地小行星2016 H03的交會、伴飛探測和採樣，預計會伴隨這顆小天體飛行一年後擇機執行採樣任務，然後探測器與返回器分離，返回器將其採樣品送回地球，目標是取得100克以上的小行星樣品。第二階段是探測器進行借力轉移，繼續前往主帶彗星311P，預計這個階段需要耗費7年時間。這意味着整個任務將會持續近10年的時間，預計2035年左右才能結束任務。這甚至比天問三號還要晚，畢竟三號預計在2030年就會返回了。

雖然結束得比天問三號晚，但二號會進行採樣技術的驗證，爲三號做好技術準備。同時，天問二號也進行了技術升級，將實現我國首次抄第二宇宙速度地球再入，這與嫦娥五號、六號的返回完全不同，它們採用的是“彈道-升力式”再入過程，而天問二號將採用彈道式再入，環境和技術的要求都嚴苛很多。

爲了順利完成既定科學目標，天問二號任務配置了可見紅外成像光譜儀、多光譜相機、中視場彩色相機、熱輻射光譜儀、探測雷達、磁強計、中性粒子與帶電粒子分析儀、噴發物分析儀、窄視場導航敏感器和激光一體化導航敏感器等多種載荷，其中窄視場導航敏感器和激光一體化導航敏感器爲工程導航和科學探測複用儀器。

採樣目標：小行星2016 H03

所謂小行星（Minor Planet/Asteroid），是指圍繞太陽運行、體積和質量比行星和矮行星小，且不易釋放出氣體和塵埃的天體。小行星上有很大可能保存着太陽系形成、演化的原始信息，是研究太陽系早期物質組成、形成過程和演化歷史的“活化石”，具有極高的科研價值。同時，小行星撞擊事件曾多次發生，部分導致地球環境災變和生物滅絕，直接威脅人類的生存和發展，因此小行星成爲當前深空探測的熱點之一。

天問二號探測的小行星爲“2016 H03小行星”，於2016年4月被美國捕捉到蹤跡。2016代表發現的年份，H03則表示小行星被發現的順序編號。後來，該小行星軌道確定後，獲得永久編號469219。同時，這顆小行星還被賦予了一個浪漫的夏威夷語名字:Kamo''oalewa，意爲“振盪擺動的天體碎片”。

圖片來源：中央電視臺

2016 H03小行星是一顆準衛星。準衛星是地球共軌天體3種動力學狀態（另外兩種爲特洛伊小行星和馬蹄形軌道小行星）中最爲稀有的一種，它會與行星有幾乎相同的軌道共振，在公轉許多次後便會接近行星並留駐。2016 H03小行星繞太陽公轉週期爲365.4天，與地球的365.25天幾乎完全同步。目前，地球附近的7顆準衛星中，2016 H03距離地球最近、運行最穩定。

地球共軌天體軌跡示意圖

（圖片來源：來自參考文獻[1]）

此外，2016 HO3軌道半長徑與地球非常接近，因此其日心軌道角速度與地球相當。這顆準地球衛星與地球的距離大約在0.1～0.3 AU，對地面測控要求相對較低，轉移軌道需要的能量也相對較小，這是探測該小行星的兩個優點，適合就位探測和採樣返回探測。

天問二號將以飛越、伴飛、附着、採樣返回等方式，對2016 H03小天體進行整體性遙感探測、局部區域就位探測和採樣返回，測定其軌道參數、自轉參數、形狀大小等物理參數，探測其形貌、表面物質組分、內部結構，獲取樣品的背景信息，並對返回樣品開展實驗室分析研究，爲探究小行星、早期太陽系的形成與演化過程提供科學依據。

繞飛探測目標：主帶彗星311P

同時，天問二號也會對主帶彗星311P進行探測。主帶彗星於2013年8月被發現，直徑約爲480米，軌道位於主帶內側。

主帶指火星與木星之間的小行星帶，這裏是小行星最密集的區域。截止2024年年底，發現的小天體超過140萬顆，其中的90%都位於主帶。彗星（Comet），是指進入太陽系內亮度和形狀會隨日距變化而變化的繞日運動的天體，呈雲霧狀的獨特外貌，主要由爲彗核、彗發、彗尾三部分組成。

主帶彗星（又稱冰質小行星、活躍小行星）是小行星與彗星之間的過渡形式，同時具有小行星的軌道特徵和彗星的物理特徵，即其軌道離心率和軌道傾角都與主帶內的小行星相似，但其在外形和成分上又表現出彗星活動的特徵，活躍時具有彗發和彗尾。主帶彗星的數量與準衛星一樣稀少，已經觀測到的主帶彗星只有15顆。目前非常缺少對主帶彗星的探測，有諸多科學問題需要深入研究。

天問二號預計測定主帶彗星311P的軌道參數、自轉參數、形狀大小等物理參數，對其形貌、表面物質組分、內部結構、臨近空間環境以及可能的水和有機物等信息進行探測，研究主帶彗星的形成和演化、氣體活動機制，爲太陽系起源與演化提供重要線索。

圖片來源：中央電視臺

此外，311P的尾巴從何而來？它是否有衛星？一個個懸而未決的疑問也有望在此次任務中獲得答案。

一般來說，當彗星靠近太陽時，內部冰物質會受熱蒸發，帶出塵埃，形成壯麗的彗尾。然而，311P雖然“長”着彗尾，卻“定居”在小行星帶，由於這裏過於靠近太陽，陽光輻射強，被普遍認爲難以保留水冰等揮發性物質。換句話說，311P打破了小行星和彗星的傳統界限。科學家們猜測，311P的“尾巴”可能是因爲自轉加速或受到撞擊，導致表面或內部的物質被拋射出來形成的。

對311P的觀測結果還顯示，它可能有一顆衛星。如果屬實，311P便是少有的“雙小行星”系統。這種系統中會有一個主星和一個環繞衛星組成，或是兩顆小行星環繞着它們共同的質量中心。目前的理論主要認爲，這種系統的形成可能是由於母體受到撞擊後分裂形成，也可能是通過引力相互捕獲形成。後期，天問二號將通過近距離探測，提供更直接的信息及數據，解開311P的更多奧祕。

征途漫漫，求索步履不停

2030年前後，我國將實施天問三號任務，確立生命痕跡探尋爲第一科學目標，開展火星着陸、火面起飛、火星軌道交會，實現火星採樣返回。屆時，我國有望成爲第一個火星採樣返回的國家。此外，我國也已經開始籌劃建設世界首個火星樣品試驗室。

（圖片來源：作者提供）

目前，天問四號任務已經處於深化論證階段，目標是進行對木星的環繞探測及其衛星——木衛四的着陸探測，之後將穿越探測天王星、海王星等行星。在未來，我國還將逐步實施金星、水星、冰巨星等更多探測任務。

（圖片來源：作者提供）

參考文獻：

[1]LI C L, LIU J J, REN X, et al. Scientific objectives and payloads configuration of the Tianwen-2 mission[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2024, 11(3)：304-310.

出品：科普中國

作者：蘇子安（北京航空航天大學）

監製：中國科普博覽