天問二號成功發射，設計任務周期約為十年
夢想的遠征
中央紀委國家監委網站 管筱璞 自西昌衛星發射中心報道
天問二號的任務是探訪兩顆目標天體，一顆是近地小行星2016HO3，另一顆是主帶彗星311P。圖為天問二號任務示意圖。國家航天局探月與航天工程中心供圖
5月29日凌晨1時31分，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭，成功將行星探測工程天問二號探測器發射升空。新華社記者 才揚 攝
大涼山深處，夜幕籠罩下，長征三號乙Y110運載火箭巍然矗立，像一柄出鞘利劍指向蒼穹。
“點火！”5月29日1時31分，橘紅色尾焰噴薄而出，火箭冉冉升空。行星探測工程天問二號探測器在西昌衛星發射中心成功發射，標志著我國首次小行星采樣返回任務正式啟航。
行星探測工程天問二號任務指揮部總指揮長、國家航天局局長單忠德表示，國家航天局深入貫徹落實習近平總書記關于航天強國建設重要論述和重要指示批示精神，牽頭實施天問二號任務，推動星際探測征程接續前進，邁出了深空探測的新一步。任務實施周期長，風險難度大，期待天問二號按計劃完成各項探測任務，取得更多原創科學成果，揭開更多宇宙奧秘，增進人類認知。
“日月安屬？列星安陳？”烈焰映照出中國航天的深空雄心。天問二號主要任務目標是對小行星2016HO3進行探測、取樣并返回地球，此后再對主帶彗星311P開展科學探測。這不僅是一次科學探索的壯舉，更有望在人類行星際探索的坐標上刻下新的中國軌跡。
“金牌火箭”跑好小行星探測“第一棒”
火箭飛行約18分鐘后，天問二號探測器被精準送入預定軌道。這是長三乙火箭首次執行地球逃逸軌道發射任務，它為何被委以重任？中國航天科技集團魏遠明給出了答案：“力氣足、飛得高、靠得住、履約強”。
力氣足，給出任務“最優解”。長三乙火箭是中國航天科技集團所屬中國運載火箭技術研究院抓總研制的一種高軌道大推力運載火箭，也是“金牌火箭”長征三號甲系列三兄弟中“力氣最大”的。特別是經過型號團隊2020年起實施的“雙提升”工程后，火箭運載能力和可靠性進一步提升，其地球同步轉移軌道運載能力已提升至5.55噸，與天問二號探測器質量要求更為貼合，成為本次任務的不二之選。
飛得高，直達高軌、精準“投送”。由于小行星體積小、質量小、引力弱、捕獲難度大，本次任務對火箭入軌精度要求極高，速度偏差不能超過1米，否則可能造成百萬公里的級差。同時，火箭分離時，速度超過每秒11.2千米的第二宇宙速度，從而將天問二號探測器送入地球逃逸軌道。中國航天科技集團張亦樸打了個形象的比方，“這就好比在上海投出一個籃球，不僅要投中位于北京的籃筐，還要保證籃球以特定的飛行角度和速度入筐。”型號團隊在采用迭代制導技術的基礎上，通過末速修正等技術，不斷優化分離速度誤差，確保探測器精準踏上深空之旅。
靠得住，百戰錘煉、安全可靠。長三乙火箭是我國首個宇航發射次數突破100次的單一型號長征火箭，歷經百戰錘煉，成功率達到國際先進水平。自1996年首飛以來，它托舉“北斗”“嫦娥”“風云”“天鏈”等“乘客”問鼎蒼穹，保障了一系列重大工程的順利實施。針對天問二號連續3天的發射窗口，團隊將每天1套發射軌道程序簡化為3天共用一套程序，進一步提高火箭可靠性和任務適應性。
履約強，性價比高、保障完善。長三乙火箭采用了通用化、系列化、組合化的設計思路，自誕生之初就具備高可靠性、高性價比、高效率等基因。近年來，型號團隊建立了特點鮮明的研制生產組織管理模式和流程，實現了更加靈活高效的發射服務。如批量生產管理模式，通過系統綜合試驗、火箭總裝和出廠測試并行開展，實施滾動出廠發射，實現流水線式柔性作業的運載火箭批生產，更好應對任務需求。
“多年來，長三甲系列火箭研制隊伍不斷加緊腳步，通過技術和管理創新，讓長三甲系列火箭研制和生產發射能力從一年2至3發提高到15發，發射周期從60天縮減至20天左右，發射隊人數從300人降到100人左右，從而應對越來越高密度的發射任務。”中國航天科技集團覃藝說。
不放行任何一條可疑參數，確保跟蹤測量捕得上、跟得準、送得出
“天問二號由主探測器、返回艙兩部分組成，計劃在十年左右時間完成各項探測任務。”中國航天科技集團曾福明介紹，天問二號任務共包含發射段、小行星轉移段、小行星接近段、小行星交會段、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、主帶彗星交會段、主帶彗星近距探測段等13個飛行階段，返回艙預計于2027年底著陸地球并完成回收。
“能源是航天器的生命線。我們為探測器配備了面積較大的柔性太陽翼，一方面能提供更多的太陽能能源，另一方面重量相對較輕。特別是針對主帶彗星所處的低溫低光強環境，我們進一步提升了太陽翼的發電效率。此外，針對遠距離控制需求，我們還相應配備了一些天線，用以保障通訊。即便是在一些不能通訊的時候，我們也設置了自主運行環節。”曾福明說。
“天問二號的實施難度主要在于探測目標的微重力環境和未知因素，給任務帶來了一定的不確定性。”中國航天科技集團陳春亮介紹，此次任務周期較長，隨之帶來了一系列的挑戰與考驗：一是產品壽命，二是遠距離能源保障，三是產品自主能力。
“小行星的表面狀態目前仍是未知，大小也只知道個范圍。我們能做的，就是提升適應能力，以多種策略應對探測面臨的種種不確定性。”陳春亮說。
“天問二號任務意義重大、承載特殊、舉國關注、舉世矚目。”談及發射場相關工作，西昌衛星發射中心童萬富如數家珍。任務初始，發射場就進行了任務動員，開展了質量教育。執行過程中，嚴格落實各項規章制度，守好質量底線。團隊著重對信號聯試、液氮調試、回流試驗等重要環節進行把關確認，對系統200多臺（套）設備進行了狀態檢查，不放行任何一條可疑參數，任務間隙完成了專項應急演練，提出應急解決措施70余條，進一步鞏固了處置能力。
在發射場待了19年，童萬富在這里深深扎下了根。天問二號任務周期可能以十年計，他對此頗有感慨，“剛到發射場，我還是個什么都不懂的‘小白’。我用第一個十年打基礎，刻苦鉆研、掌握技能；第二個十年里，我用積累的經驗完成好每一發任務；下一個十年，我想在大山里繼續鉆研、發光發熱，為航天事業貢獻自己的力量。”
“為了滿足天問二號盡量零窗口的發射要求，我們在準備過程中，對所有測控設備的精度進行了再調校，確保在跟蹤測量的過程中能夠捕得上、跟得準、送得出。”西昌衛星發射中心馬忠權介紹，測控系統分為外測和內測，外測主要針對火箭的飛行彈道、飛行姿態等，內測主要是把火箭內部的氣壓、燃料使用情況、溫度等通過無線遙測捕捉到、送下來，再經過解調，獲知火箭整體的飛行狀態。
值得一提的是，本次任務中，測控系統針對部分主干測控設備進行了全自動跟蹤改造。“改造提升后的測控系統借助AI算法，能夠自動進行多種應急情況下的跟蹤捕獲，大大減輕了操作手的跟蹤壓力，有效提高了跟蹤性能。”馬忠權說。
為太陽系起源與演化提供科學線索，對認識地球的演化過程也很有意義
天問二號的任務是探訪兩顆目標天體，一顆是近地小行星2016HO3，另一顆是主帶彗星311P。
“一個在近地區域，一個在主小行星帶，本次任務就是圍繞這兩個小天體來開展探測。”行星探測工程天問二號任務工程副總師、中國科學院國家天文臺研究員劉建軍介紹，天問二號探測器將對相關天體的形貌、物質組分、內部結構、可能的噴發物以及軌道動力學等方面開展研究。在取得小行星樣品后，還將對樣品的物理特性、化學與礦物成分、結構構造等方面開展研究測定。“我們希望通過天問二號任務實施，能夠在這兩類小天體的認知、起源、演化等方面取得科學研究突破。”劉建軍說。
近年來，行星科學研究越來越依賴于近距離觀測、表面原位探測、取樣返回分析等深空探測技術，在興起月球和火星探測熱潮的同時，小行星深空探測也吸引了越來越多的目光。為什么要探測小行星？
“作為小天體的一種，小行星的探測意義重大。”行星探測工程天問二號任務地面應用系統總師、中國科學院國家天文臺研究員蘇彥解釋道，小行星形成于45億年前的太陽系早期，與地球不同，沒有經歷過物理或化學上的巨大改變，依然保存著太陽系形成、演化的原始信息，是研究太陽系起源的“活化石”，可以為太陽系起源與演化提供科學線索。
“除了太陽系層面外，研究小行星對認識地球的演化過程也很有意義。”劉建軍說。一方面，有科學家認為是小行星將水、部分有機質帶入地球，對地球演化起到重要的輸入作用；另一方面，小行星撞擊對地球演化也造成過重大影響，比如恐龍的滅絕，因此小行星成為了深空探測的熱點。
目前已發現上百萬個小天體，其中有3萬余顆近地小行星，2016HO3為什么會成為“萬里挑一”的那一顆？
“它非常有特點。”蘇彥介紹，它是地球的7顆準衛星之一，穩定運行于地球軌道附近，“也就是說，相對其他小行星，與地球距離不算遠，約為1800萬至4600萬公里，探測器可以到達它的軌道，發射和返回窗口都便于安排，具備工程技術上的可達性。”
也許是一顆獨石，也許由松散的碎石組成；也許是撞擊地球或月球形成的碎塊，也許是被地球捕獲的小天體。“我們對它知之甚少，它雖然個頭很小，直徑約為40至100米，卻具備非常大的科學研究價值。”蘇彥說。
距離地球約1.5億至5億公里的311P同樣很特別。主帶彗星并非我們熟知的彗星，它同時具有小行星的軌道特征和彗星的物理特征，又叫“活躍小行星”。
“近地小行星多為極度巖性，是巖石質的小天體，彗星則表現為極度冰性，很可能來自外太陽系比較冷的區域。主帶彗星的軌道在主小行星帶，按理說，應該表現為極度巖性，但它卻像彗星一樣存在噴發物。這種特殊現象頗具研究價值，希望天問二號能近距離探測予以解答。”劉建軍說。
為了完成好科學目標，天問二號一共配置了11臺科學載荷，共分為以下幾類：一是相機類，主要觀測小天體的形態特征等；二是光譜類，主要對其物質成分進行探測；三是雷達類，主要觀測其內部結構；四是空間環境類，主要用于了解小天體周圍空間環境、太陽和小天體相互作用后的效應等。
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