天问二号成功发射，设计任务周期约为十年
梦想的远征
中央纪委国家监委网站 管筱璞 自西昌卫星发射中心报道
天问二号的任务是探访两颗目标天体，一颗是近地小行星2016HO3，另一颗是主带彗星311P。图为天问二号任务示意图。国家航天局探月与航天工程中心供图
大凉山深处，夜幕笼罩下，长征三号乙Y110运载火箭巍然矗立，像一柄出鞘利剑指向苍穹。
“点火！”5月29日1时31分，橘红色尾焰喷薄而出，火箭冉冉升空。行星探测工程天问二号探测器在西昌卫星发射中心成功发射，标志着我国首次小行星采样返回任务正式启航。
行星探测工程天问二号任务指挥部总指挥长、国家航天局局长单忠德表示，国家航天局深入贯彻落实习近平总书记关于航天强国建设重要论述和重要指示批示精神，牵头实施天问二号任务，推动星际探测征程接续前进，迈出了深空探测的新一步。任务实施周期长，风险难度大，期待天问二号按计划完成各项探测任务，取得更多原创科学成果，揭开更多宇宙奥秘，增进人类认知。
“日月安属？列星安陈？”烈焰映照出中国航天的深空雄心。天问二号主要任务目标是对小行星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。这不仅是一次科学探索的壮举，更有望在人类行星际探索的坐标上刻下新的中国轨迹。
“金牌火箭”跑好小行星探测“第一棒”
火箭飞行约18分钟后，天问二号探测器被精准送入预定轨道。这是长三乙火箭首次执行地球逃逸轨道发射任务，它为何被委以重任？中国航天科技集团魏远明给出了答案：“力气足、飞得高、靠得住、履约强”。
力气足，给出任务“最优解”。长三乙火箭是中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院抓总研制的一种高轨道大推力运载火箭，也是“金牌火箭”长征三号甲系列三兄弟中“力气最大”的。特别是经过型号团队2020年起实施的“双提升”工程后，火箭运载能力和可靠性进一步提升，其地球同步转移轨道运载能力已提升至5.55吨，与天问二号探测器质量要求更为贴合，成为本次任务的不二之选。
飞得高，直达高轨、精准“投送”。由于小行星体积小、质量小、引力弱、捕获难度大，本次任务对火箭入轨精度要求极高，速度偏差不能超过1米，否则可能造成百万公里的级差。同时，火箭分离时，速度超过每秒11.2千米的第二宇宙速度，从而将天问二号探测器送入地球逃逸轨道。中国航天科技集团张亦朴打了个形象的比方，“这就好比在上海投出一个篮球，不仅要投中位于北京的篮筐，还要保证篮球以特定的飞行角度和速度入筐。”型号团队在采用迭代制导技术的基础上，通过末速修正等技术，不断优化分离速度误差，确保探测器精准踏上深空之旅。
靠得住，百战锤炼、安全可靠。长三乙火箭是我国首个宇航发射次数突破100次的单一型号长征火箭，历经百战锤炼，成功率达到国际先进水平。自1996年首飞以来，它托举“北斗”“嫦娥”“风云”“天链”等“乘客”问鼎苍穹，保障了一系列重大工程的顺利实施。针对天问二号连续3天的发射窗口，团队将每天1套发射轨道程序简化为3天共用一套程序，进一步提高火箭可靠性和任务适应性。
履约强，性价比高、保障完善。长三乙火箭采用了通用化、系列化、组合化的设计思路，自诞生之初就具备高可靠性、高性价比、高效率等基因。近年来，型号团队建立了特点鲜明的研制生产组织管理模式和流程，实现了更加灵活高效的发射服务。如批量生产管理模式，通过系统综合试验、火箭总装和出厂测试并行开展，实施滚动出厂发射，实现流水线式柔性作业的运载火箭批生产，更好应对任务需求。
“多年来，长三甲系列火箭研制队伍不断加紧脚步，通过技术和管理创新，让长三甲系列火箭研制和生产发射能力从一年2至3发提高到15发，发射周期从60天缩减至20天左右，发射队人数从300人降到100人左右，从而应对越来越高密度的发射任务。”中国航天科技集团覃艺说。
不放行任何一条可疑参数，确保跟踪测量捕得上、跟得准、送得出
“天问二号由主探测器、返回舱两部分组成，计划在十年左右时间完成各项探测任务。”中国航天科技集团曾福明介绍，天问二号任务共包含发射段、小行星转移段、小行星接近段、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、主带彗星转移段、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，返回舱预计于2027年底着陆地球并完成回收。
“能源是航天器的生命线。我们为探测器配备了面积较大的柔性太阳翼，一方面能提供更多的太阳能能源，另一方面重量相对较轻。特别是针对主带彗星所处的低温低光强环境，我们进一步提升了太阳翼的发电效率。此外，针对远距离控制需求，我们还相应配备了一些天线，用以保障通讯。即便是在一些不能通讯的时候，我们也设置了自主运行环节。”曾福明说。
“天问二号的实施难度主要在于探测目标的微重力环境和未知因素，给任务带来了一定的不确定性。”中国航天科技集团陈春亮介绍，此次任务周期较长，随之带来了一系列的挑战与考验：一是产品寿命，二是远距离能源保障，三是产品自主能力。
“小行星的表面状态目前仍是未知，大小也只知道个范围。我们能做的，就是提升适应能力，以多种策略应对探测面临的种种不确定性。”陈春亮说。
“天问二号任务意义重大、承载特殊、举国关注、举世瞩目。”谈及发射场相关工作，西昌卫星发射中心童万富如数家珍。任务初始，发射场就进行了任务动员，开展了质量教育。执行过程中，严格落实各项规章制度，守好质量底线。团队着重对信号联试、液氮调试、回流试验等重要环节进行把关确认，对系统200多台（套）设备进行了状态检查，不放行任何一条可疑参数，任务间隙完成了专项应急演练，提出应急解决措施70余条，进一步巩固了处置能力。
在发射场待了19年，童万富在这里深深扎下了根。天问二号任务周期可能以十年计，他对此颇有感慨，“刚到发射场，我还是个什么都不懂的‘小白’。我用第一个十年打基础，刻苦钻研、掌握技能；第二个十年里，我用积累的经验完成好每一发任务；下一个十年，我想在大山里继续钻研、发光发热，为航天事业贡献自己的力量。”
“为了满足天问二号尽量零窗口的发射要求，我们在准备过程中，对所有测控设备的精度进行了再调校，确保在跟踪测量的过程中能够捕得上、跟得准、送得出。”西昌卫星发射中心马忠权介绍，测控系统分为外测和内测，外测主要针对火箭的飞行弹道、飞行姿态等，内测主要是把火箭内部的气压、燃料使用情况、温度等通过无线遥测捕捉到、送下来，再经过解调，获知火箭整体的飞行状态。
值得一提的是，本次任务中，测控系统针对部分主干测控设备进行了全自动跟踪改造。“改造提升后的测控系统借助AI算法，能够自动进行多种应急情况下的跟踪捕获，大大减轻了操作手的跟踪压力，有效提高了跟踪性能。”马忠权说。
为太阳系起源与演化提供科学线索，对认识地球的演化过程也很有意义
天问二号的任务是探访两颗目标天体，一颗是近地小行星2016HO3，另一颗是主带彗星311P。
“一个在近地区域，一个在主小行星带，本次任务就是围绕这两个小天体来开展探测。”行星探测工程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，天问二号探测器将对相关天体的形貌、物质组分、内部结构、可能的喷发物以及轨道动力学等方面开展研究。在取得小行星样品后，还将对样品的物理特性、化学与矿物成分、结构构造等方面开展研究测定。“我们希望通过天问二号任务实施，能够在这两类小天体的认知、起源、演化等方面取得科学研究突破。”刘建军说。
近年来，行星科学研究越来越依赖于近距离观测、表面原位探测、取样返回分析等深空探测技术，在兴起月球和火星探测热潮的同时，小行星深空探测也吸引了越来越多的目光。为什么要探测小行星？
“作为小天体的一种，小行星的探测意义重大。”行星探测工程天问二号任务地面应用系统总师、中国科学院国家天文台研究员苏彦解释道，小行星形成于45亿年前的太阳系早期，与地球不同，没有经历过物理或化学上的巨大改变，依然保存着太阳系形成、演化的原始信息，是研究太阳系起源的“活化石”，可以为太阳系起源与演化提供科学线索。
“除了太阳系层面外，研究小行星对认识地球的演化过程也很有意义。”刘建军说。一方面，有科学家认为是小行星将水、部分有机质带入地球，对地球演化起到重要的输入作用；另一方面，小行星撞击对地球演化也造成过重大影响，比如恐龙的灭绝，因此小行星成为了深空探测的热点。
目前已发现上百万个小天体，其中有3万余颗近地小行星，2016HO3为什么会成为“万里挑一”的那一颗？
“它非常有特点。”苏彦介绍，它是地球的7颗准卫星之一，稳定运行于地球轨道附近，“也就是说，相对其他小行星，与地球距离不算远，约为1800万至4600万公里，探测器可以到达它的轨道，发射和返回窗口都便于安排，具备工程技术上的可达性。”
也许是一颗独石，也许由松散的碎石组成；也许是撞击地球或月球形成的碎块，也许是被地球捕获的小天体。“我们对它知之甚少，它虽然个头很小，直径约为40至100米，却具备非常大的科学研究价值。”苏彦说。
距离地球约1.5亿至5亿公里的311P同样很特别。主带彗星并非我们熟知的彗星，它同时具有小行星的轨道特征和彗星的物理特征，又叫“活跃小行星”。
“近地小行星多为极度岩性，是岩石质的小天体，彗星则表现为极度冰性，很可能来自外太阳系比较冷的区域。主带彗星的轨道在主小行星带，按理说，应该表现为极度岩性，但它却像彗星一样存在喷发物。这种特殊现象颇具研究价值，希望天问二号能近距离探测予以解答。”刘建军说。
为了完成好科学目标，天问二号一共配置了11台科学载荷，共分为以下几类：一是相机类，主要观测小天体的形态特征等；二是光谱类，主要对其物质成分进行探测；三是雷达类，主要观测其内部结构；四是空间环境类，主要用于了解小天体周围空间环境、太阳和小天体相互作用后的效应等。
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中国传媒网摘编：亓淦玉 |
