我國小天體探測進入工程研制階段

文/劉巖 攝/王磊

我國小天體探測如何進行？目前到了哪一步？難度是什么？意義如何？4月24日，人民科學家、中國科學院院士葉培建在參加中國航天日主場活動時，對上述問題進行了解答。我國行星探測重大工程包括小天體探測、火星采樣返回和木星系探測，同時太陽系邊際探測等任務(wù)已在論證中，其中，小天體探測任務(wù)是行星探測工程的標志性項目，也是我國航天強國建設(shè)征程的標志性任務(wù)。

小天體探測方案的目標明確

葉培建介紹，我國小天體探測已經(jīng)進入工程研制階段。我國小天體探測器方案的探測目標，是1顆地球共軌天體2016HO3及小行星帶中的主帶彗星311P。

圍繞2016HO3和311P，我國將測定它們的軌道參數(shù)、自轉(zhuǎn)參數(shù)、形狀大小和熱輻射等參數(shù)，研究軌道起源與動力學演化。同時探測形貌、表面物質(zhì)組份、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，獲取小行星樣品背景信息，及對返回樣品開展研究，并探測311P的空間環(huán)境，及可能的水和有機物等信息，獲取太陽系早期演化信息。

葉培建介紹，我國小天體探測目標包括突破弱引力天體表面采樣、高精度和高自主相對自主導(dǎo)航與控制、小推力轉(zhuǎn)移軌道、輕小型超高速再入返回等關(guān)鍵技術(shù)，推動深空探測整體能力提升；實現(xiàn)近地小行星近距探測、采樣返回和主帶彗星近距探測，為小行星起源及演化等研究提供數(shù)據(jù)和真實樣品。

我國小天體探測器的系統(tǒng)組成包括主探測器和返回艙。其中，主探測器將完成近地小行星轉(zhuǎn)移、繞飛詳查、采樣轉(zhuǎn)樣、返回地球、主帶彗星轉(zhuǎn)移及科學探測全周期的飛行任務(wù)；返回艙將采用彈道式再入方式，選用“球錐大底+單錐后體”氣動外形，通過“氣動外形+降落傘”完成減速并著陸于地球。

▲ 行星探測重大工程實施路線圖

任務(wù)難度大挑戰(zhàn)多

2019年4月，國家航天局發(fā)布的《小行星探測任務(wù)有效載荷和搭載項目機遇公告》確定，中國小行星探測任務(wù)要通過一次發(fā)射，實現(xiàn)1顆近地小行星取樣返回和1顆主帶彗星繞飛探測，達到探測領(lǐng)域和核心技術(shù)的全面性突破。

小行星探測難度非常大。葉培建從4個方面進行了分析：一是目標特性不確定性大，附著與采樣機構(gòu)需適應(yīng)性強；二是小行星交會、下降、附著、取樣過程，需要高精度全自主導(dǎo)航控制；三是超高速再入返回，需研制新氣動外形和防熱材料；四是要模擬小天體表面特性，確保地面驗證充分。

葉培建透露，我國進行的第一次小行星探測會選擇降落采樣。掌握了降落技術(shù)，就意味著將來如果有小行星撞擊地球，我國可以直接接近并干預(yù)。

葉培建坦言，小行星探測還需要解決航天器長遠飛行的動力問題、通信問題以及長達10年以上的地面管理問題。

▲ 任務(wù)飛行過程

小天體探測造福全人類

“實施小天體探測，對全人類都具有重大意義。”葉培建說，宇宙中的小行星非常多，對小行星進行探測，可以更好地了解宇宙的演化、太陽系的形成和生命的形成，從而得到更多科學結(jié)論。

同時，小天體具有豐富的資源。“有的小行星可能是某種礦物類，有的小行星是水，人類或許能從小行星上獲得地球缺乏的資源。”葉培建表示。

據(jù)了解，地球在演化過程中，曾多次被小行星撞擊，每次都帶來災(zāi)難。在葉培建看來，小行星探測技術(shù)成熟后，我國就有能力在小行星飛臨地球時，對其加以控制。

▲ 人民科學家、中國科學院院士葉培建作開篇報告，論道我國小天體探測任務(wù)

國家航天局對小行星探測任務(wù)始終抱著開放態(tài)度。國家航天局此前表示，在科學載荷方面，鼓勵中外科研機構(gòu)聯(lián)合提出載荷技術(shù)方案，聯(lián)合開展研制；鼓勵工程師和科學家組成團隊聯(lián)合應(yīng)征，并明確提出利用該載荷數(shù)據(jù)開展研究的具體項目；歡迎國外科研機構(gòu)參加載荷方案征集，將按照“免費搭載，數(shù)據(jù)共享，經(jīng)費自擔”的原則搭載國外載荷。

在搭載項目方面，中國小行星探測任務(wù)預(yù)留200公斤運載能力用于向社會開放搭載，按照“自籌經(jīng)費，免費搭載，數(shù)據(jù)共享”的原則，面向高等院校、民營企業(yè)、中外科研機構(gòu)公開征集搭載項目方案。