天問二號:跨越數十億千米!小行星采樣彗星會合,究竟有多難?

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2022年5月24日,一張關於中國航天未來的“天問二號”計劃圖開始在網上推特上流傳,筆者看瞭其波瀾壯闊的小行星采樣返回的計劃,和當年日本的隼鳥號以及NASA的奧利西斯探測器可以一拼,那麼究竟誰的更難一些呢?

天問二號:到底要去探測什麼,究竟有多難

可能有很多朋友認為天問一號執行瞭繞落巡任務,天問二號將會火星采樣返回!然而錯瞭,二號的任務小行星采樣返回,因為天問系列是我國宏偉的中國行星探測工程(Planetary Exploration of China,縮寫:PEC)的一部分,目前已經規劃瞭三個探測器:

天問一號:火星探測繞落巡三步任務(執行中);天問二號:小行星采樣返回,彗星會合任務(2025年);天問三號:木星軌道任務,行星際穿越(待定,坊間流傳是2030年後);

目前規劃瞭這幾個任務,我國的深空探測任務正在展開,估計到瞭2050年,可以規劃來個CSNA 50年,匯總下探測成果,不過下文還是趕緊來介紹下天問二號任務。

天問二號:小行星采樣返回,彗星會合任務

目前公佈的探測目標有兩個,2016HO3小行星采樣,311P彗星回合,兩個任務,下文一一來介紹!

2016HO3的軌道示意圖

2016HO3是一顆近地的阿波羅類型小行星,2016年4月27日,哈雷阿卡拉天文臺的Pan-STARRS(反省望遠鏡)發現瞭它,並且被命名為瞭“Kamo'oalewa”,意思是則是一個擺動的天體,因為這個天體比較特殊:

直徑:40~100米;遠日點:1.1042 AU,近日點:0.8980 AU,半長軸:1.0011AU;軌道周期:365.9 天傾角為:7.7889°

各位可能發現瞭,它的軌道似乎穿越瞭地球軌道,但其公轉一周的時間幾乎和地球一樣,但事實上它在繞行太陽公轉的過程中一直未曾遠離,一會在地球軌道外側,一會則地球軌道內存,看起來就是在繞行地球公轉,如下圖:

因此科學傢稱其為地球的準衛星,而這顆準衛星也呆這條軌道上差不多有300年瞭,不過其距離地球最近的時候也有1240萬千米,時間是1923年12月27日,原因也很簡單,它並沒有落入地球的希爾球,並非地球真正的衛星。

關於2016HO3的性質還無法確認,有目前猜測的是可能是月球形成的殘餘物,而大小則在40~100米之間,未來天問二號將去看個明白。

靠近這顆天體,由於其與黃道面存在比較大的傾角,因此就軌道設計而言,還是存在一些難度,而由於這顆小行星體積非常小,靠近取樣反而更難,因此從2016HO3采樣返回難度還是非常高的。

311P彗星回合任務

天問二號在對小行星2016HO3采樣返回後將會與311P彗星會合,這裡必須要解釋下,小行星采樣返回有一個軌道器和返回艙,兩者在靠近地球後返回艙分離,以接近第二宇宙速度返回地面,目測可能會采用水漂彈道返回,全程將持續2年半以上,接近三年!

軌道器在靠近地球時期速度仍然接近第二宇宙速度,分離基本不影響它的速度,因此它仍然可以逃離地球的引力,然後它的目標是飛向311P彗星,這是一顆2013年8月27日泛星望遠鏡發現的彗星:

直徑約為:480米;遠日點:2.4411AU;近日點:1.9362AU;與黃道面傾角:4.9685°,軌道周期(恒星年)3.24年(1182.575 天);

這顆彗星的距離相對就比較遠瞭,天問一號的“軌道器”必須加速追上它,然後共軌飛行,對其噴發出來的物質進行分析。

311P彗星的奇怪之處在於它的尾巴有6個,而且它還可能擁有一顆直徑為200米的衛星,這可是為數不多的擁有衛星的彗星,因此探測這個天體將會非常有意思。

和日本的隼鳥號和NASA的奧利西斯號相比,哪傢技術更強?

日本的隼鳥號有兩次任務,隼鳥號和隼鳥二號,前者於2003年5月9日發射,2005年9月12日抵達小行星25143(絲川小行星),原計劃於2007年6月返回地球,結果因為探測器燃料泄漏,到2010年6月13日22時51分才返回地球(日本時間)。

絲川小行星是1998年在麗倪耳計劃中被發現的,其近日點為0.953 AU,遠日點為1.695 AU,大小規格為535 × 294 × 209 m,傾角為1.622°,也是穿越地球軌道的阿波羅天體,對地球威脅比較大。

隼鳥號在太陽系軌道上晃蕩瞭七年,穿越瞭六十億千米的路程,是人類第一次對地球有威脅性的小行星進行物質搜集的研究,也是第一個把小行星物質帶回地球的探測器。不過要說明一下的是,隻帶回瞭大約1000多粒肉眼都看不到的小行星灰塵。

隼鳥二號任務

這次任務的目的地是龍宮小行星,於2014年12月3日發射,2018年到達並采集樣本後,於2020年返航,2020年12月6日凌晨,樣本容器成功分離並降落在澳大利亞南澳洲北部的沙漠。

龍宮小行星(162173 Ryugu)遠日點1.415 AU,近日點0.963 AU,直徑約980米,傾角為5.88 度的阿波羅小行星。

與隼鳥號任務相比,隼鳥二號帶回的樣本明顯多,帶回瞭5.4克小行星樣本,高於預期目標,任務獲得圓滿成功,

NASA奧利西斯探測器

這個探測器的名稱是OSIRIS-REx,它探測的目標是101955 Bennu小行星,這是一顆碳質近地小行星,目標是獲得60克樣本,於2016年9月8日發射,並於2018年12月3日與Bennu會合,目前已經采樣成功,NASA預計獲得瞭1千克樣本。

Bennu小行星遠日點1.3559AU,近日點0.89689AU,尺寸約565 米× 535 米× 508米,傾角為6.0349°的阿波羅型小行星。探測器預計將於2023年9月24日返回地球,

小行星采樣返回:到底哪傢技術更強?

準確地說,這個有點難以比較,主要是我國的探測器尚未成行,假如按探測目標以及後續任務上來考慮,哪個更容易呢?

1、天問二號:“繞地準衛星”,小行星探測器距離地球最遠在4300萬千米內;2、隼鳥二號:“龍宮”小行星,最遠距離為4億千米,與火星距離差不多;3、OSIRIS-REx:“Bennu”小行星,最遠距離為3.9億千米;

從距離來看,隼鳥二號明顯要更難一些,從采樣量來看,OSIRIS-REx難度更大一些,而從訪問目標的軌道傾角來看,天問二號更難,與黃道面軌道傾角越大,需要變軌靠近的難度也越大。

另外就采樣而言,天問二號訪問的2016HO3的直徑就100米不到,因此難度會比兩者更高一些,另外就距離而言,天問二號訪問地球準衛星,相對比兩者難度會略低,至少從測控技術角度而言,難度會略低,不過我國已經是執行過火星登陸探測器測控的國傢,數億千米都經歷過瞭,區區千萬級別還是小菜一碟。

還有一個值得一提的是,隼鳥二號以及NASA的OSIRIS-REx以及天問二號的軌道器和返回艙分離後都計劃訪問一顆彗星,看來大傢都不想讓這個“軌道器”浪費。

羅塞塔號拍攝的丘留莫夫-格拉西緬科彗星

中國未來將成為第三個小行星采樣返回的國傢,之前歐空局的菲萊探測器登陸瞭67P/楚留莫夫-格拉希門克彗星,可惜登陸後就失去瞭聯系,不過其也沒有采樣返回的計劃。

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  • 本文由 发表于 2022年5月25日
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