【飛羽社】飛離4.5億公里，天問二號小行星挖土

大家好 這裏是飛宇社 2025年5月29日凌晨1 31分 長征三號已改21110運載火箭 從西昌衛星發射中心LC二工位點火升空 經過1150秒飛行後 將一顆航天器送入預定軌道 這看上去只是一次平平無奇的發射 甚至發射的載荷只有區區兩噸出頭 但實際上 這卻是長三儀火箭首次執行直接飛出地月系統的升空任務 它的載荷也不是一顆普通衛星 而是我國行星探測工程的第二星天問二號探測器 20世紀末以來 已經有多顆小行星被地球來客造訪 1991年和1993年 伽利略號木星探測器飛越小行星加拉斯普拉和愛女 並且發現了後者的衛星 2000年 近地小行星交匯near航天器進入愛神星環繞軌道 並在傳奇宇航專家羅伯特法考爾的軌道設計下 以不具備着陸能力的星體實現了軟着陸 2010年 日本的損鳥號更是摘下了首次近地小行星取樣返回的頭銜 使日本航天名噪一時 獲得一系列成功後 日本啓動了損鳥二號任務 美國則上馬了奧西里斯任務 均旨在從潛在威脅小行星取回樣本並分析 爲這兩顆存在壯地風險小行星的防禦工作提供初步支持 此外 阿聯酋未來也將開展一次多小行星飛躍任務 作爲世界航天主要參與國之一的我國 自然也沒有忽視小行星探測業務 早在2001年 國內就有團隊開始論證名爲遠征的近地小行星探測任務 這是一個很宏大的構想 計劃使用長征三號以發射探測器完成一次多小行星探測任務 但2001年的中國航天顯然並不具備執行這一計劃的能力 要知道在當時我國不僅沒有可用的深空測控網 甚至就連嫦娥工程都尚未立項 連38萬公里的通信都未能解決 又怎麼可能批准距地最遠點多達3 5個天文單位的遠征工程呢 2010年 我國終於在嫦娥二號擴展任務中實現了對小行星的飛躍 彌補了遠征工程的遺憾 此後 我國的航天技術雖然飛速進步 但在資源分配上卻主要傾向於探月 小行星採樣任務仍未有機會嘗試 直到2019年第50屆月球與行星科學大會上 錢學森航天技術實驗室和中國空間技術研究院才聯合提出了我國第一個小行星取樣的概念 代號鄭和A 這一概念最終於2021年12月轉正 成爲了我們今天的主角天文二號探測器 可以想到在這個備胎轉正的過程中 有多少仰望星空的航天工作者曾日夜奔波 只爲將方案的可行性與預期科研價值再提高哪怕那麼一點點 日常生活中我們也會遇到這樣的疲勞時刻 過勞掉髮似乎無可避免 如果屏幕前的野生無焉組們也有這個問題 那我向你們推薦這款曼迪泡沫劑 中華醫學會毛髮組最新脫髮指南指出 脫髮的核心原因主要是遺傳基因和男女體內的雄激素誘導致使毛髮啓動微小化進程 爲了對抗這一進程 一般在脫髮的初期使用5%米諾蒂爾 不過米諾蒂爾只是一種有效生髮成分 想更高效成發 需要讓米諾蒂爾能滲透進毛囊 曼迪在藥物滲透率上有着領先技術 它家的泡沫劑通過超飽和滲透 藥物的毛囊聚集量是普通劑型的2 85倍 能夠打開萎縮毛囊供血 逆轉毛囊微小化 使用8周即可見效 頭髮直徑和密度有所改善 並且裏面不添加丙二醇助溶 使體感更溫和不刺激 再搭配含有烏諾蒂爾成分的洗髮水洗頭 一邊生髮一邊穩固住搖搖欲墜的頭髮 一生一故效果更好 如果你也有脫髮的困擾 那就趁618期間補貼力度大 點擊評論區置頂鏈接入手吧 天文二號是我國首個專職的小行星探測器 目前它規劃了對兩個不同目標 近地小行星2016a週三和主代會星311p分別進行繞飛探測 採樣和飛略觀測的組合任務 其中2016a抽3是一顆近地小行星 直徑約40米 其代號意爲2016年4月下半月被發現的第89個天體 正式編號爲469219 當然 大家更可能聽說過它的另一個名字震盪天星 2016a抽3之所以能獲得這麼一個霸氣的名字 是因爲其軌道非常特殊 這顆小行星圍繞太陽公轉的週期約爲365.9天 軌道半長軸約爲1.001個天文單位 相信對天文知識有基本瞭解的觀衆不難發現 2016a抽3的軌道與地球十分接近 甚至兩顆天體的公轉節奏都非常同步 只是軌道的軌道傾角和行星位置有一定不同 這樣的巧合讓2016a抽3在圍繞太陽公轉的同時也表現出了圍繞地球公轉的特徵 因此其成爲了地球的準衛星 科學界長期以來都對這種特殊軌道的形成機制十分感興趣 部分觀點根據光譜觀測 富含硅酸鹽的結果 認爲2016a抽3實際上是月球遭受撞擊分離出的碎片 到2024年 清華大學航天院更是進一步提出了2016a抽3分離自月背布魯諾撞擊坑的假設 對2016a抽3展開探測 能爲人類認知太陽系的行程打開一扇新的窗口 由於2016a抽3距離地球較近 軌道近地點約1800萬公里 遠地點約4600萬公里 所以他便理所當然的成爲了天問二號的第一站 預計到2026年7月天問二號就能與2016a抽3交會 並開展近距離繞飛探測 在這一過程中 天問二號將會與2016a抽3保持20公里的距離 使用攜帶的實態儀器對整個小行星進行掃描探測 期間還要篩選出適合着陸的地點 隨後則機附着小行星表面採集樣品 不過對2016a抽3進行着陸的難度卻非常大 這次任務既不同於以往的月球火星着陸 也不同於外國的小行星 因爲2016a抽3有一個非常逆天的特點 即自轉速度異常快 具體來說 它的自轉週期只有27-30分鐘 在已知太陽系天體自轉速度的排行榜上能進前10 想降落在這麼一顆陀螺上方案和硬件都要靠譜 關於方案的部分想必很多觀衆都能猜到那便是着陸到兩級 這樣操作有兩個好處 一方面探測器只需要調整自身自旋速率至於小行星同步便能大大降低着陸難度 會有一番星際穿越的即時感 另一方面 由於小行星2016a抽3的低宇宙速度實在太小 預估應小於2 5釐米每秒 低於其赤道自轉線速度7 5釐米每秒 所以我們合理推測 其低緯度地區的表層鬆散物質很有可能都已經被甩走 殘留的部分都是硬質的石頭 沒有什麼可以產的鬆散東西 取樣會相對困難 因此從極地取樣會是更好的選擇 爲了實現於2016a抽3自轉的精準耦合 天問二號的硬件準備也非常充分 除了使用推力器調整姿態 探測器還攜帶了一種叫做反作用飛輪的裝置 該裝置其實就是一組轉子 通過角動量守恆原理控制探測器 調整轉子轉速就可以讓探測器本體的旋轉角速度變化 進而精確控制姿態 另外天問二號還使用了一種採用多折三角柔性基板組成的圓形面柔形太陽翼 它可以通過一組線纜轉動展開並鎖緊 具有結構緊湊 質量輕 功率質量比高 剛度高的優點 缺點則是展開系統較爲複雜且步片率低 不過對於天問二號來說 其小行星着陸取樣的複雜機動環境正需要這種太陽翼的小質量和高強度 並且這種太陽翼還可以在飛行期間沿外軸旋轉 在探測器下降取樣前沿Z軸旋轉並舉起太陽翼 避免太陽翼和小行星表面碰撞 有了針對性的硬件設計加持 天問二號計劃開展三種不同類型的取樣探測 分別是主要針對鬆散表面的碰觸採樣 針對堅硬表面風化層的懸停採樣和用於大量樣本採樣的附着採樣 具體執行上天問二號將從20公里至三公里的軌道依次下降 到距離表面30米的時候開始和小行星匹配自轉 並且繼續下降至一米高度 展開其取樣機械臂將其端頭插入小行星表面進行採樣 同時獲取小行星表面的力學特性 這就是觸碰 懸停採樣是使用一個內置有取樣機構的取樣盤切割小行星表面 並由一對毛刷將碎片吸入取樣器中 附着則是着陸後打開推力器將探測器壓在小行星表面 隨後使用着陸腿上的爪刺機構與小行星固定 並使用機械臂開始取樣 一套流程下來大約能取得100克左右樣品 完成取樣後 天問二號將返回地球附近釋放返回艙 這一過程大約在三年內完成 暫定時間節點爲2027年11月底 不同於嫦娥五號嫦娥六號 由於天問二號的返回艙比較輕 只有不到50千克 難以設計滋控和質心調整等裝置 所以便未採用半彈道返回 而是採用了完全不設置任何滋軌控的彈道返回 返回器在和探測器主體分離後 通過自旋穩定直接扎進大氣 是我國首次超第二宇宙速度返回 載入速度可達12.1千米每秒 也需要承受更高的熱流密度和過載 對返回器防熱設計提出了更高的要求 對此 天問二號返回器採用了目前國際上廣泛採用的球形大底加單錐後體方案 其大底主要採用碳分泉 邊圈採用spq7材料 而熱流密度較低的背面採用fc3 fc4防熱材料混合輻射方案 上述過程完成後 丟下了返回艙的探測器會經地球 311p是泛星計劃望遠鏡於2013年8月27日發現的主代會星 尺寸在380正負60米範圍內 稍後哈勃太空望遠鏡觀測到311p會星擁有6條噴流尾 並且在下一次觀測中發現會星的整個外形都發生了變化 這意味着其內部可能存在水冰 2018年的光變區限觀測似乎指出311p可能有一顆衛星 如果屬實的話 這將是少有的擁有衛星的主代會星 然而 根據傳統理論 311p位於火星與木星間的小行星帶 因太陽輻射強 溫度高 難以保存水冰等揮發性物質 探測其物質成分將驗證主代會星是否普遍存在 挑戰太陽系冰線理論 改寫會星起源模型 甚至將支持主代會星可能是地球水和生命潛艇物質輸送者的假說 爲地球生命起源提供新證據 從實用的角度來看 若能證實311p含有水冰 也可爲未來載人升空任務的燃料製備和生命支持提供潛在普及點 前往311p照樣不是個簡單活 因爲這是一顆運行在近日點1 94個天文單位遠日點2 44個天文單位軌道上的小天體 在天問二號前往311p的路途中 氣地距離最大可達3 4個天文單位 通訊單程時間可達28分鐘以上 走完如此遙遠的路途 天文二號探測器需要超過8000米每秒總速度增量 如果使用化學推力器 那麼探測器整體就需要約13的初始末質量比 然而 一般航天器的這一數值也就3-4 長征三號已改二火箭運力也完全不足以發射如此大的一個航天器 實際上 長三以爲2 1噸的天文二號通過的c三能量也只有18平方千米每平方秒 顯然 這樣的條件無法支撐天文二號以常規方式前往311p 因此天文二號做了一個大膽創新 它採用了化學推進加電推進的混合推進模式 以最大程度利用着兩種推進方式的優點 是國內首個將電推進系統作爲主推力器之一的深空探測器 其動力系統在採用一臺490牛化學推力器和16臺一牛化學推力器外 還安裝了兩臺由蘭州510所研製的力 300s型離子推力器 在天文二號完成2016h o三的採樣帶回任務後 化學推力器就會徹底關閉 由lips300s負責前往311p全過程的航行 電推進系統將間歇工作接近七年 直到探測器於2034年底抵達主會星帶311p爲止 相較於通過化學反應迅速釋放化學能的化學推進 電推進通過加速帶電粒子以提供推力 這些帶電粒子由推進器的電離產生 構成所謂的等離子體 優勢是比衝極高 但推力較小 如今 電推進系統已經在各種航天器上得到了廣泛的引用 根據產生推力的方法來說 我們可以將其分爲三類 電熱式 靜電式和電磁式 目前 大部分用在大型航天器上的電推進系統都屬於靜電式 靜電式推力器通過靜電場加速推進器 它又包括霍爾推力器和離子推力器等分支 其中離子推進器 或稱爲山狀離子推進器 是應用最廣泛的一種 其在5000瓦級功率下的效率已接近70% 可達到4000秒的比衝 理論比衝可達到1萬秒 理論效率超過80% 其原理是先通過直流放電 射頻放電 微波放電或電弧等手段將功緻先行電離 隨後通過電時差上千伏的山脊將電離的等離子體引出並加速 並在推力器外側安裝有空心陰極用於中和離子 天螞2號使用的Lips300S就是一種離子推力器 它是Lips300離子推力器的改進型 在天螞2號小行星探測任務的牽引下 蘭州空間技術物理研究所突破了放電均勻性提升與建設多餘物意志 數流寬範爲適應性長壽命山脊組件優化設計等關鍵技術 相比Lips300只能提供三檔推力 Lips300S可以提供20檔推力模式 讓探測器在不同距離和發電功率下都能使電推進系統處於合適的工作模式 其中最大推力檔功率爲3120瓦 推力117毫牛 比衝3480秒 而最小檔功率爲590瓦 推力25毫牛 比衝2110秒 達到國際先進水平 甚至可以稱之爲目前最先進的現役多模式離子推力器 相比較下 日本損鳥號使用的Macro離子推力器最大推力僅有11.2毫牛 DS1和黎明使用的NSTAR多模態離子推力器具有16檔模式 但最大推力也只有90毫牛 值得一提的是 天文2號之所以能用上混合推進方案 可能還要感謝中國第一島媒衛星亞太6E證明了Lips300推力器的可靠性 這個故事非常有活 不過鑑於跟今天的主題沒多大關係 就不過多展開了 可以以後再講 與311P交匯後 天文2號將測定這個會星的軌道參數 自轉參數 形狀大小和熱輻射等物理參數 探測主代會星311P形貌 表面物質組分 內部結構 臨近空間環境以及可能的水和有機物等信息 太陽系小行星探測目標繁多 特性千差萬別 蘊含更多潛在的重大原創科學發現機會 同時 探測手段多樣 工程實現複雜 技術帶動性突出 作爲我國首次升空電推進探測任務和我國首次競技小行星採樣返回任務 天文2號任務如果成功 將爲我國升空探測任務邁出新的一步 讓我們祝願他旅途順利