|
小天体是太阳系重要的组成部分。研究普遍认为，小天体保留了早期太阳系起源、形成与演化时的重要信息，可能蕴含着地球生命起源的重要线索，是研究太阳系起源的“活化石”。开展小天体探测在揭示生命起源、推动技术进步、开发天然资源、保护地球安全等方面意义重大，影响深远。小天体探测任务是我国行星探测重大工程规划的又一个标志性项目，将通过一次任务，实现对近地小行星的近距探测、采样返回以及对主带彗星的探测，有望突破多项关键技术，获取原创性科学成果，进一步提升我国的深空探测技术能力，力争在小天体探测技术领域进入国际先进行列。  根据国际天文学联合会（IAU）修订后的行星定义，太阳系天体被分为行星、矮行星以及太阳系小天体。小天体主要包括小行星和彗星。其中，小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动，但体积和质量比行星小的岩石或金属天体。彗星是进入太阳系内，亮度和形状随日距变化而变化的绕日运动天体，一般由彗核、彗发和彗尾等组成。主带彗星是指运行在小行星带（火星与木星轨道间）内的活跃小行星。 国外小天体探测典型任务概况 小天体探测已有30多年历程。早期的探测任务只是飞掠探测，例如美国的“伽利略”（Galileo）任务，对木星进行了探测。自20世纪90年代以来，小天体探测活动日益增多，共实施了6次以小行星探测为主要目标的任务和3次以彗星探测为主要目标的任务。2012年，我国的嫦娥二号月球探测器也实现了对图塔蒂斯（Toutatis）小行星的飞掠探测。美国、欧洲、日本先后以飞掠、绕飞、采样返回等多种方式完成了小天体探测。以下为几种典型任务。 （1）任务1：美国“近地小行星交会”探测器 2000年2月14日，美国“近地小行星交会”（NEAR）探测器顺利进入距爱神（Eros）小行星表面35km的绕飞轨道，对其进行了全面观测，获得了该小行星的体积、形状、质量分布、重力场、自转、成分和地质学数据等。探测器利用多光谱成像仪拍摄得到的数据，对小行星表面的撞击坑进行了观测，其表面大部分区域有多个直径小于1km的撞击坑，以及大量分布不匀的由撞击形成的巨石。 （2）任务2：日本隼鸟－1、2探测器 2005年9月12日，日本隼鸟－1（Hayabusa－1）探测器飞抵距离糸川（Itokawa）小行星表面高度20km的位置，成功传回近距离拍摄的小行星图像。同年11月，隼鸟－1自主控制下降、接触糸川小行星，向表面射入5～10g的弹丸，用装置收集了溅起的颗粒，成为世界上首个实现小行星取样返回任务的探测器。由于探测器在轨发生故障，隼鸟－1于2007年4月25日才正式开始返回地球，历时3年，于2010年6月13日成功降落在澳大利亚南部地区。地面对样品容器进行确认后表明，只获取了约1500个微米级颗粒。 2014年12月，日本发射了隼鸟－2探测器，并在2018年顺利到达龙宫（Ryugu）小行星。经过一年多近距离探测后，发射了小型撞击器，探测器以“一触即离”方式对撞击后的新鲜表面进行了采样。2020年12月6日，返回舱顺利着陆在澳大利亚南部地区，经确认获取了约5.3g小行星样品。 （3）任务3：欧洲“罗塞塔-菲莱”探测器 欧洲航天局（ESA）“罗塞塔-菲莱”(Rosetta-Philae)探测器是首次完成彗星表面着陆探测的探测器，开展了67P彗星的全球勘测，实现了低轨道绕彗核观测和彗星表面着陆探测。探测器包括一个轨道器和一个着陆器。轨道器完成了彗星的全球近距观测。在轨释放“菲莱”着陆器实现着陆时，着陆器上的冷气喷射装置出现故障，最终着陆器经历两次弹跳，以姿态倾斜过大的角度停留在彗星表面，偏离预定地点上千米左右。虽获取了少量高分辨率图像，但最后因为太阳帆板光照不足，科学探测任务未能按照预期完成。 （4）任务4：美国“奥西里斯-雷克斯”探测器 2018年12月31日，美国的“奥西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex，以下简称“奥西里斯”）探测器飞抵贝努（Bennu）小行星轨道并开展绕飞探测。2020年10月21日，探测器顺利实现在夜莺（Nightingale）采样区的短时触碰采样。采样过程中，探测器采用“气体激励”方式成功采集到了样品。目前，探测器运行在返回转移轨道，计划于2023年9月携带样品返回地球。 国外小天体探测发展态势 （1）小天体探测任务科学目标亮点多，新技术带动性强 小天体以其独特的物理、化学和矿物质特性，成为揭示太阳系起源及演化过程等重大科学问题的关键。如“罗塞塔-菲莱”探测器通过同位素测量，表明地球上的水并非来自于彗星，使科学家转而思考地球上水的其他可能来源；隼鸟－1在地面实验室中对样品进行了氨基酸、多环芳香烃等有机化合物的分析测试，结果证明糸川小行星的有机化合物属于非生物成因。隼鸟－2和“奥西里斯”任务也分别就小天体的形成过程、物质组成等形成大量科学成果，发表在《Science》《Nature》等具有国际影响力的期刊上。 小天体探测任务周期长、目标距离远、目标特性具有较大不确定性，对探测器的轨道设计与优化、新型推进技术、自主导航与控制、探测器自主管理、微重力下采样技术等均提出了更高要求，有利带动了新技术的发展和应用。 （2）小天体探测已成为国际深空探测的新热点 小天体探测任务以其独特的科学价值和技术挑战，得到了各主要航天国家的高度重视。美国国家航空航天局（NASA）规划开展特洛伊(Trojan)小行星探测的露西（Lucy）任务和灵神星（Psyche）小行星探测任务。NASA与ESA将合作开展“小行星撞击与偏转评估任务”（AIDA） ，计划撞击双体小行星中较小的一个目标，并通过两个小行星相对距离的变化评估撞击的效果。日本与德国将合作开展法厄松（Phaethon）小行星探测任务，计划2026年前后抵达该小行星附近，对其周围的尘埃成分进行探测。由此可见，小天体探测已成为主要航天国家深空探索领域的重点发展目标之一。 来源/《国际太空》2021年9期 作者/余后满 张熇 黄晓峰 孟林智 曾福明 王向晖 编辑/杨璐茜 责编/陈飚 监制/祁首冰 |
|
|
