北京时间5月29日凌晨1时31分,我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙火箭发射天问二号小行星探测器。天问二号计划通过一次发射完成多项探测任务,对小行星2016HO3进行伴飞、取样并返回地球,以及对主带彗星311P开展伴飞探测。这是继探月、探火后,中国人在浩瀚星宇的又一次重要探索之旅。
为何选择“追”这两颗星
小行星2016HO3:研究太阳系的“活化石”
天问二号要“探访”的第一个“朋友”是一颗名为2016HO3的近地小行星。小行星是太阳系中的小型天体,它们与水星、金星、地球等“大朋友”一样,环绕着太阳运动,但其体积和质量却比行星小得多。国家航天局探月与航天工程中心副主任韩思远介绍,小行星2016HO3是人类目前发现的地球准卫星之一。其保留着太阳系诞生之初的原始信息,是研究太阳系早期物质组成、形成过程和演化历史的“活化石”,具有极高科研价值。
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2016HO3稳定运行于地球轨道附近,是地球的“小跟班”,公转周期与地球公转周期接近。
“小行星2016HO3是地球准卫星之一,非常稀缺,选择它可谓是‘万里挑一’。”刘建军说。
主带彗星311P:会喷发出多条尾迹的天体
天问二号“探访”的第二站是主带彗星311P。311P位于火星和木星之间的小行星带,这里通常被认为是小行星的“领地”。然而观测显示,311P在一段时间内会喷发出多条尾迹,具有彗星的特征。
刘建军介绍,主带彗星311P位于小行星带位置,本应呈现岩性,但却表现出了彗星的特征,也就是说它同时具有传统彗星的物质构成特征和小行星的轨道特征,有极高科学研究价值。
“追星”之旅“第一棒”至关重要
本次任务是长征三号乙运载火箭首次执行地球逃逸轨道发射,对火箭的入轨精度要求更高。“如果将火箭入轨比作投篮,这次的难度就像从上海投球到位于北京的篮筐中,篮球不仅要准确入筐,还要以特定的角度和速度。”中国航天科技集团专家魏远明说。
“实施天问二号任务,推动星际探测征程接续前进,迈出了深空探测的新一步。”国家航天局局长单忠德说,任务实施周期长,风险难度大,后续还将经历10余个飞行阶段。在完成小行星采样任务后,天问二号返回舱预计于2027年底着陆地球并完成回收;此后,主探测器将按计划继续飞行,前往主带彗星311P开展后续探测。
天问二号任务:
一是突破弱引力天体表面取样、高精度相对自主导航与控制、小推力转移轨道设计等一系列关键技术。
二是为小行星起源及演化等前沿科学研究提供探测数据和珍贵样品。
科学目标则聚焦于测定小行星和主带彗星的多项物理参数。
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,开展轨道动力学研究。
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;
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、同位素组成和结构构造,开展小行星和太阳系早期的形成与演化研究。
揭秘
天问二号背后有多少“江苏力量”
这一次的飞行任务需要跨越4亿公里,飞行时间长达十年之久。为了完成这一飞行目标,科研工作者们付出了怎样的努力?记者采访了江苏高校多位参与天问二号飞行项目的科研人员,揭秘小行星探测背后的“江苏力量”。 扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子
他参与研发的分析仪也是此行“乘客”
九游APP下载深空探测科学与技术研究院教授孔令高在中国科学院国家空间科学中心工作多年,他作为副主任设计师参与研发的带电粒子与中性粒子分析仪,正是跟随天问二号一起飞向太空的“乘客”之一。
孔令高告诉记者,天问二号带电粒子与中性粒子分析仪的主要目标,是去探测小行星以及主带彗星周围的带电粒子环境和中性气体环境,包括这些粒子的能量、方向和成分信息。
专家解释,处于宇宙空间的小行星和主带彗星,没有像地球上厚厚大气层和地磁场的保护,会持续受到太阳“吹”过来的高速太阳风的轰击。太阳风是速度在几百公里每秒以上的带电粒子流。这些带电粒子轰击小行星或主带彗星表面以后,会反射或溅射出带电粒子。太阳风还会从主带彗星 “吹”出来一些中性气体成分(来自主带彗星表面或者内部)围绕主带彗星周围。
“探测原理简单来说,可以理解为通过一些特殊设计的感应元件,感应信号的强度大小对应粒子的能量;感应信号发生的位置对应粒子的方向;感应粒子的飞行速度来区分成分信息。”孔令高打了个比方,就好比瘦子跑得快,胖子跑得慢。“瘦子”对应个头小,也就是质量数小的粒子,“胖子”对应个头大,质量数大的粒子。
科学家给仪器穿好了特制“衣服”
天问二号将探索的目标定在小行星和主带彗星。不少航天爱好者都表示好奇,小行星、主带彗星的环境与火星不同,仪器如何确保在微重力、高低温等极端条件下稳定工作?
孔令高解释,天问二号将要探测的小行星和主带彗星比火星小很多,都属于个头很小的天体。它们在环境上最大的区别是:火星有较为稠密的大气,小行星几乎没有,主带彗星会有一些,但是会非常稀薄。在小行星、主带彗星周围工作的仪器面临的主要极端环境是高低温交变。“也就是太阳光照射时会很热、没有太阳光照时很冷。对此,我们采取的措施主要有两个方面:一方面是仪器采用的材料和元器件要具有较好的耐高低温能力,另一方面会给仪器‘穿’特殊的‘衣服’,以确保仪器稳定工作。”
他要把大国担当讲给更多学生听
孔令高2003年从九游APP下载天文与空间科学学院本科毕业后,一直在中国科学院国家空间科学中心深造和工作。
2023年9月,他选择回到九游APP下载,在九游APP下载苏州校区继续自己的科学研究。“过去的20多年,我的科研和工作内容都和航天环境探测相关,参与了嫦娥一号、嫦娥二号、天问一号、天问二号、中国空间站等多个重要的航天项目。”如今,孔令高会在课堂上介绍我国自己的探测计划项目,以及在科研过程中的实际应用。“期待能够激发更多学生投入中国的航天事业。”孔令高说。
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南航多团队参与天问二号任务研制
天问二号探测器的主载荷之一热辐射光谱仪——肩负着科学探测和支撑工程实施两方面的重要任务,由航天五院508研究所和南京航空航天大学联合研制。南航科研团队结合热辐射光谱仪的特性,研制了支撑工程应用的数据处理软件系统,为工程实施和后续科学发现奠定基础。