通過一次發射，同時實現對近地小行星的近距離探測及采樣返回、主帶彗星探測——帶著這個跨度10年的任務，天問二號于5月29日踏上了太空征途，如今已距離地球超300萬千米。

從人類探索宇宙的歷程來看，天問二號任務是一次具有開創性的探索。雖然已有一些國家開展過小天體探測，但像天問二號這種多目標、綜合性的探測任務，在國際小行星研究領域尚屬首次。

為此，天問二號要突破弱引力天體表面采樣、高精度相對自主導航與控制、小推力轉移軌道等多項核心技術。而它最終將為小行星起源及演化等前沿科學研究提供大量科學數據和寶貴的真實樣品。

十年征程，三階段探測兩天體

從2025年啟程到2035年任務完成，天問二號長達10年的任務共分為小行星探測、采樣返回、探測主帶彗星三個階段。

第一階段的小行星探測是天問二號任務的首要目標，將實現對小行星2016HO3的伴飛、測繪、遙感、采樣，并將樣品帶回地球，往返共耗時兩年半到三年。

發射升空后，天問二號先是飛向小行星2016HO3，約一年后抵達其附近。由于這顆小行星質量較小，其引力十分微弱，探測器無法像在行星周圍那樣，依靠天體的引力穩定環繞，只能通過精確軌道計算和自主控制，保持與小行星相對穩定的位置關系，與其伴飛。

伴飛過程中，天問二號將利用攜帶的設備，為2016HO3拍攝下高分辨率圖像，以記錄該小行星的表面特征，包括地形起伏、撞擊坑分布等。它還將用成像光譜儀分析其反射和發射的光譜，來獲取其物質成分信息，幫助科學家了解該小行星的元素和化合物組成，追溯其形成的歷史。同時，根據所獲信息，它將反演2016HO3地形地貌、星壤、熱慣量等方面的特性，據此確定候選采樣區。

完成約1年的伴飛探測后，天問二號將開始第二階段任務——對小行星進行采樣。與日本“隼鳥二號”和美國“奧西里斯-雷克斯”小行星探測器采用“接觸即離”的短時觸碰采樣方式不同，為了較好地適應2016HO3小行星地形、表面星壤力學特性等不確定性，針對可能的“碎石堆”或“獨石”特性，以及表面不同大小的碎石粒徑分布特性，天問二號除了觸碰采樣方式外，還設計了懸停采樣和附著采樣等多種模式和手段，確保能可靠采集到樣品。天問二號預計獲取至少100克具有代表性的小行星樣品。樣品將被妥善封裝在返回艙內，隨主探測器返回地球。

當預定的返回窗口開啟，主探測器隨即進入返回轉移飛行。預計2027年左右，天問二號將再次來到地球附近，此時返回艙將被釋放，在地面預定回收場著陸。與此同時，主探測器拉起，繼續飛向運行在火星與木星軌道之間的主帶彗星311P——先利用地球引力彈弓效應進行一次加速，朝著火星的方向飛去；到達火星附近時，再借助火星的引力彈弓效應，改變自身速度和軌道方向，飛向彗星。

預計經過7年左右的飛行，天問二號主探測器將在2034年前后抵達主帶彗星311P。到達后，它將對該彗星進行至少一年的遙感探測，全面研究這顆彗星的物理和化學性質，并嘗試對其進行原位測量，以深入了解小天體的物質組成、結構以及演化機制。

復雜度空前，探索宇宙全新路徑

我國小天體探測任務的采樣區域、采樣策略、采樣參數等關鍵要素無法在地面確定，只能采用“邊飛行、邊探測、邊制定”的策略。

要實現“一次發射、 兩類探測目標（近地小行星和主帶彗星）、三種探測模式（伴飛、采樣、返回）”，天問二號的任務復雜度遠超以往深空探測，可以說為人類探索宇宙開辟了全新路徑。

天問二號由主探測器與返回艙兩大部分組成。其中，主探測器攜帶了多種類型的科學探測儀器，并配備了雙翼結構的圓形柔性太陽翼；返回艙則采用“球錐大底+單錐后體”氣動外形，輔以降落傘完成減速并著陸于地球。

在飛往主帶彗星311P的過程中，主探測器需要在浩瀚宇宙中保持精確導航和穩定的姿態控制，同時還需要不斷優化能源管理，確保太陽翼始終能為各個系統提供充足電力。它配備了一對圓形太陽翼，單翼面積達17平方米，而直徑僅約4.7米，這種設計能有效縮短太陽翼展開尺寸，降低傳統長尺寸太陽翼在軟著陸過程中的觸地風險，極大提高了探測器在小行星著陸任務中的可靠性。同時，其光電轉換效率高達34%，可在太陽能稀薄的遠日點維持供電。

6月6日，國家航天局發布天問二號探測器傳回的圓形太陽翼展開的圖片。（圖：新華社/發）

返回艙的最大直徑約0.75米，比嫦娥五號返回艙更小，用于將采集到的小行星樣品安全帶回地球。在漫長的星際旅行中，返回艙要面臨極端的溫度變化、高能粒子輻射及復雜的空間環境等諸多挑戰。為確保樣品的完整性和安全性，返回艙外殼采用高強度、耐高溫的復合材料，其內部配備了高精度的溫控系統和減震裝置，以確保樣品在穩定的環境中被護送回地球。

值得一提的是，返回艙再入大氣的速度將從月球采樣返回時的10.9千米/秒提高到12千米/秒，這將是我國首次嘗試超第二宇宙速度地球再入。返回艙再入地球大氣過程中需承受最高約12兆瓦/平方米的熱流，面臨高熱流、高焓、高剪切力等惡劣條件，并要保證在超高速條件下開傘，這就需要設計新的輕質功能梯度防熱材料、輕質承力結構及分區域防熱結構等。為此，研發人員研制了“球錐大底+單錐后體”的構型，并采用新型隔熱材料以確保其安全。

一系列創新，為天問三號探路

由于整體任務設計創新性強、技術難度大，探測器必須要具備全自主導航與精確控制等能力。為此，天問二號采用了高精度自主控制和混合能源系統等一系列創新技術，這也將為后續天問三號的火星采樣返回任務提供關鍵技術驗證。

小行星2016HO3距離地球超4000萬公里，而其直徑只有40—100米，這給測控通信帶來巨大挑戰。由于探測小天體信號時延達28分鐘，比探測火星通信單程時延還長，所以天問二號探測器配備的設備大多具備高度自主性，能根據預設的程序和自身的感知系統，在沒有實時地面指令的情況下，自主完成各種復雜操作。

為提升空間探測器測控通信的精度和可靠性，我國這些年不斷升級深空測控網絡。例如，中國科學院上海天文臺首次使用新建的長白山（長白站）和日喀則（珠峰站）兩臺40米望遠鏡，與現有的上海天馬、新疆烏魯木齊觀測站聯合觀測，并與經過升級后的上海VLBI（甚長基線干涉）中心共同構成了新的“四站一中心”VLBI測軌網絡。這是將VLBI技術首次應用于我國小行星探測高精度測定軌。

吉林長白山40米射電望遠鏡（圖：新華社/發）

同時，天問二號搭載的先進測控設備具備強大的自主導航和控制能力，確保在復雜空間環境中空間探測器與地球保持穩定通信。小行星無重力的特性使得探測器無法像在月球和火星那樣，依靠小行星的引力作用進入環繞軌道，只能先通過伴飛探測來選擇可能著陸的地點，再到小行星上進行采樣。

宇宙“化石”，探秘太陽系起源

研制、發射天問二號，對探索太陽系起源與演化有著極為重要的價值。選擇小行星2016HO3和主帶彗星311P作為探測對象，則開啟了人類對這兩類特殊天體深入研究的先河。

目前，人類對太陽系的起源和演變仍一知半解，作為太陽系形成初期產物的小行星，保留了大量原始信息。小行星2016HO3獨特的軌道特征，使它成為研究地球軌道附近天體環境及太陽系早期演化的絕佳樣本。科學家們推測，它可能攜帶著地球和太陽系起源的關鍵線索。

通過對小行星2016HO3的研究，科學家有望深入了解太陽系早期物質的組成成分，以及行星形成的初始條件和演化過程。這將對構建準確的太陽系演化模型，解答太陽系如何從一片混沌的星云逐漸形成如今的有序結構等關鍵問題，提供直接且關鍵線索。就像考古學家通過挖掘古代遺跡中的文物還原歷史一樣，分析這顆小行星的物質成分，或許能揭示太陽系早期元素的分布規律，以及不同物質在行星形成過程中的作用。

同時，研究也將為建立更完善的近地小天體監測和預警系統提供數據支持，增強人類應對小天體撞擊威脅的能力，守護地球家園的安全。

傳統理論認為彗星來自太陽系邊緣，而主帶彗星311P運行在火星與木星軌道之間的小行星帶中，這打破了學界對小行星和彗星的認知界限。天問二號對主帶彗星的探測，將為小天體研究開辟新路，幫助科學家深入了解小天體的物質組成、結構及演化機制，填補人類在這一領域的知識空白。比如，研究其彗尾形成機制及其在小行星帶特殊環境下的演化歷程，有助于揭示太陽系小天體在不同區域的演化差異，為全面理解小天體的演化提供全新視角。

此外，天問二號還有望在多個科學領域取得重大發現，包括可能為解開生命起源和地球水的起源提供重要線索。

（作者為全國空間探測技術首席科學傳播專家）