天问二号试验队在西昌|来源：中国空间技术研究院

2025年5月29日，天问二号探测器从我国西昌卫星发射中心，由长三乙火箭发射升空。

天问二号将通过一次任务实现近地小行星 2016 HO3 的伴飞探测和取样返回，并对主带彗星311P 开展伴飞探测，有望在工程技术上取得突破，实现重大原创科学发现，推动行星探测能力和行星科学的发展进步。

天问二号长什么样

天问二号小天体探测任务是我国行星探测工程的重要组成部分，是对太阳系未知领域的又一次探索。

执行此次任务的天问二号总重超过两吨，翼展超过四米，由卫星主体和返回器组成，其中卫星主体长宽高均超过两米，返回器直径0.75米。

这次任务共分为十三个小阶段，两个大阶段；其中第一阶段预计用两年半到三年的时间完成小行星2016HO3的探测、伴飞、取样、返回；二周目则利用地球引力加速后预计再用七年的时间完成主带彗星311P的伴飞和探测。

天问二号飞行过程示意图|来源：中国空间技术研究院

为了获得2016HO3小行星和311P主带彗星的“个人信息”，天问二号携带了可见红外成像光谱仪、热辐射光谱仪、多光谱相机、中视场彩色相机、探测雷达、磁强计、带电粒子与中性粒子分析仪、喷发物分析仪、窄视场导航敏感器和激光一体化导航敏感器等十个有效载荷。

我们可以简单地认为，相机类载荷用于获取小行星和彗星的“外貌长相”，光谱类用于获取成分，雷达和磁强计用于分析“内部情况”，离子分析仪用于了解“脾气性格”，其中窄视场导航敏感器和激光一体化导航敏感器除了作为科学载荷，也为工程导航服务。

天问二号结构图|来源：中国空间技术研究院

有了这些法宝，这个有着两只“圆耳朵”（直径4.7米的圆形柔性太阳翼，单个面积超过17平方米），背着“锅盖”，抱着“保险箱”的大家伙就可以安然踏上这段长达十年的前往太空新疆界的旅程。

为何要探测地球的“准卫星”2016 HO3

作为天问二号任务的第一站，2016 HO3是一颗直径约为50米的小行星，于2016年4月27日被美国全景巡天望远镜和快速反应系统发现。为什么要去探测2016 HO3，这得从小行星的定义说起。

按照国际天文学联合会（IAU）2006年第26届大会的定义，小行星（Minor Planet/Asteroid）指围绕太阳运行，体积和质量比行星和矮行星小，且不易释放出气体和尘埃的天体。

由于大部分小行星作为“太阳系施工废渣”或者“行星交通事故残骸”较好地保留了太阳系早期形成和演化历史，因此它们的理化特征和矿物组成对研究太阳系的起源有很广泛的意义。

另外一方面，小行星虽然亮度低，被人类认识较晚（第一次近距离探测已是1991年），但其轨道演化机制对于行星防御，物质组分对于探索地外生命信息也有着重要的作用。

特别值得一提的是，2016HO3还是一颗极为稀有的地球共轨小行星（截至2025年，发现7颗），其轨道半长径与地球相似（约1.001 AU），形成稳定的1:1轨道共振。

最接近地球时距离甚至能到0.1 AU（即日地距离的十分之一，约1500万公里），对地面测控要求较低，适合作为我国首次小行星探测和采样返回的目标。

它的光谱特征与月球岩石相似度达85%，但起源仍存争议，可能是普通近地小行星，也可能是月球遭受撞击后溅射出的碎片。

2016HO3小行星|来源：NASA

天问二号采样有何绝招

由于2016 HO3实在太小，仅仅通过地球上进行观测获得的物理信息不多，因此天问二号的采样方案并未像嫦娥五号、六号那样提前确定，而是根据其携带的十大有效载荷的实际探测结果，预备了悬停、触碰、附着三种方式。

（1）悬停采样

探测器展开机械臂，缓慢逼近小行星，到达采样点上空30m时匹配小行星自转，继续垂直下降到距小行星表面约1m高度时悬停，机械臂垂直下探使其端头插入小行星表面，采集表层风化物颗粒，同时获得表面力学特性。

（2）触碰采样

探测器伸展触碰采样机构，下降过程与悬停采样相同。到达约1m高度时，盘状激励采样头接触小行星表面。

采样头内部相对旋转的一对毛刷卷起样品颗粒，同时压力气瓶释放高速气体将样品输送至样品容器。

（3）附着采样

若确认采样区域星壤承载强度和地形地貌满足附着采样的条件，则实施附着采样。探测器展开3个缓冲腿和触碰采样机构，展开机械臂为锚固准备状态，下降过程与悬停采样相同。

到达约1m高度时缓冲腿接触表面，启动发动机喷气下压探测器，利用机械臂端头的爪刺结构锚固小行星表面，之后由触碰采样机构采样，获取表面风化物样品。

天问二号采样方式示意图|来源：中国空间技术研究院

采样之后，返回环节同样具有挑战，返回舱在与天问二号分离后将以12公里/秒（约35马赫）的速度再入大气层，这是中国航天器首次以超过第二宇宙速度（11.2公里/秒）执行地球再入任务。其承受的峰值热流高达12兆瓦/平方米，远超嫦娥五号返回任务。

因此舱体采用“球锥大底+单锥后体”构型，并使用多层复合隔热材料。当返回舱返回地球时，天问二号则踏上飞往311P主带彗星的第二段旅程。

311P彗星：小行星带的沙漠清泉

彗星通常被认为是太阳系的“活化石”，科学家相信它们大多来自太阳系边缘寒冷的柯伊伯带或奥尔特云，就像被甩出冰箱的“冰激凌球”——当这些由冰、尘埃和有机物组成的“脏雪球”靠近太阳时，表面冰层受热升华，形成长达数百万公里的彗尾。

但2006年科学家在小行星带（火星与木星之间）找到了一类“混血儿”——“主带彗星”。它们既像普通小行星一样稳定公转，又会周期性喷发尘埃，仿佛沙漠里的清泉。

2013年，一台架设在美国夏威夷的望远镜更是捕捉到了如今被编号311P的主带彗星突然喷发出六条螺旋状尘埃尾。在最近20年的研究中，越来越多的证据表明小行星和彗星代表了小天体连续体的两个极端，并不是两种截然不同的类别，主带彗星就是他们的过渡形式。

311P主带彗星|来源：NASA/ESA

目前已经观测到15颗主带彗星，主带彗星的起源和形成问题、主带彗星气体活动机制问题、主带彗星的普遍性、非活跃期主带彗星的特性和主带彗星的挥发分成分等诸多科学问题都非常值得深入研究，科学家们更是推测311P很可能是一个相互遮挡的食双星系统（Eclipsing Binary）。

相比第一阶段，第二阶段的难点在于距离，这对地面的深空测控网络以及卫星平台上的能源和通信子系统都带来了巨大挑战。因此随着日喀则和长白山射电望远镜在2024年投入使用，我国建成了“六站一中心”的VLBI网络并将继续升级，同时与欧空局（ESA）的合作也在稳步推进。

天问二号本身也携带了一个直径超过3米的X波段抛物面天线，此外太阳翼也保证了在光照强度不足的小行星带（3AU），能够为探测器提供超过一千瓦的功率。

星际探索：写给孩子们的启示录

当2025年天问二号从西昌卫星发射基地升空时，它携带的不仅是十大有效载荷，而是人类在太空新疆界面对自身起源与演化的哲学追问，更是对屈原"九天之际，安放安属"的回应，同时那些在微重力环境下获得验证的采样返回技术，最终将成为2028年前后天问三号火星采样返回和未来开发小行星矿产的坚实基础。

天问二号用世界最强工业国坚若磐石的制造与科研能力，向天发问，于可触及的太空新疆界去重新揭示太阳系起源与演化的奥秘。

当十年之后任务结束，2025年出生的孩子在博物馆里看到天问二号于7年前带回的2016HO3小行星样本时，或许已不会惊叹，而是构思着如何投身人类命运共同体对太空新疆界的征程。

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作者：向凌威

审核：刘颖 李培元

审核专家：李明涛 中国科学院国家空间科学中心研究员

来源: 蝌蚪五线谱