天问二号小行星采样:再入速度超35马赫,配离子电推太空流浪十年( 二 )



隼鸟二号小行星采样返回探测器
不过 , 进入21世纪后小行星探测驶入了快车道 , 其中备受世人瞩目的是善于变道超车的日本航天 , 他们通过隼鸟一号任务实现了人类小行星采样返回任务零的突破 , 后来又成功实施了隼鸟二号小行星采样返回任务 。 NASA也发射了奥西里斯小行星采样返回探测器(OSIRIS-REx) , 目前该探测器已经完成贝努小行星的采样任务 , 正在返回途中 , 预计样本返回舱将于明年9月抵达地球 。

NASA的奥西里斯小行星采样返回探测器
为什么各国对距离遥远的小行星有如此浓厚的兴趣?因为小行星探测的价值有着“现实”与“未来”相结合的双重属性 。
现实就是 , 地球周围遍布着数万颗近地小行星 , 其中大部分小行星在可预见的未来都不会对地球产生威胁 , 但是并不能排除部分漏网之鱼会撞向地球 。
比如 , 9年前车里雅宾斯克就遭遇了一颗直径仅有18米的小行星 , 这颗小行星在30公里高空解体 , 产生的能量相当于30颗广岛原子弹 , 对地面造成了较大损失 。 如果这颗小行星解体的高度再低一些 , 后果将更加不堪设想 。

车里雅宾斯克上空坠落的小行星
【天问二号小行星采样:再入速度超35马赫,配离子电推太空流浪十年】就在今年航天日到来之际航天局负责人披露了“我国将建设小行星防御系统”的消息 。 而要想实现对小行星的防御 , 首先要掌握航天器与之交会乃至附着的工程能力 , 这是先决条件 。
小行星探测的未来属性 , 指的是一系列科学与经济价值 。 小行星可以看作是太阳系的“活化石” , 他们大多诞生于46亿年前的太阳系初期阶段 , 从解剖分析小行星自身的起源和形成逻辑 , 对研究地球生命起源以及其他行星、太阳的演化都有着重大价值 。
小行星的经济价值也不容忽视 , 大约有10%的近地小行星富含铁、镍、金、银、铂等贵金属成分 。 以直径226公里的灵神星为例 , 其矿产价值就高达1000亿亿美元 。

灵神星(左侧是艺术效果图 , 右侧是甚大望远镜直接成像 。 )
如果说灵神星太远又太大 , 那么选择距离较近质量更小的小行星作为捕获对象 , 对于人类而言在百年内是可以做到的 。
总体来看 , 人类当前小行星探测仍然处于起步阶段 , 对于我们而言则是难得的发展机遇 , 站在新技术起点上的天问二号虽然不是人类首个小行星采样返回探测器 , 但却将是人类小行星探测的“集大成者” 。 因为我们向来是“不鸣则已 , 一鸣惊人 。 ” , 历史已经一再证明了这一点 。
实际上早在九年前 , 我们就已经涉猎小行星探测 。 十年前我们实施了嫦娥二号月球环绕探测器发射任务 , 该探测器在完成既定绕月探测任务后开展了一系列拓展探测任务 , 其中就包括对距离地球约700万公里的图塔蒂斯小行星的飞越探测任务 。

嫦娥二号
嫦娥二号结束绕月任务后 , 自月球轨道出发进入日地拉格朗日L2点环绕轨道 , 利用该点伴随地球绕太阳运动的特性 , 实现了对4179号图塔蒂斯小行星的近距离精准飞越(最近距离770米) , 利用星载CMOS相机获取了该小行星的高分辨率彩色影像 。

嫦娥二号拍摄的图塔蒂斯小行星
通过获取的高分彩色影像数据估算 , 图塔蒂斯小行星形似一个不规则的马铃薯 , 由较小的端部和较大的躯干组成 , 整体长度不超过4.75公里 , 宽度不超过1.95公里 , 小行星表面遍布着大量的陨石坑 , 比如端部有一个直径约800米的撞击坑 , 研究发现该小行星可能是由两个天体逐步靠近形成 。

图塔蒂斯小行星表面形貌特征
通过图塔蒂斯小行星飞越任务的实施 , 初步验证了基于深空非合作目标的深空测控技术、小行星探测轨道设计、暗弱天体识别等多项能力 , 为天问二号任务的实施奠定了基础(值得一提的是 , 嫦娥二号在执行此项任务时NASA关闭了原本开放共享的图塔蒂斯小行星轨道数据 , 我们是在全国协作观测下独立自主掌握了该天体轨道数据 。 ) 。
嫦娥二号的小行星飞越探测只能算是“兼职任务” , 要想进一步掌握小行星探测的相关工程技术以及科学研究数据 , 还是需要发展专业的小行星探测器 。
我国小行星探测器的发展其实也算是历史悠久了 , 该领域的研究工作早在上个世纪就已经开始 , 到本世纪第一个十年也有了多个比较成熟的探测方案 , 其中“三星探测方案”比较出彩 , 该方案与现阶段天问二号有着很大的不同 。

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