“追星”成功 | 天問二號開展伴飛探測

我國首個專用小天體探測器天問二號探測器，歷經約400天、行程約10億千米的“追星”之旅，于2026年7月初與小行星2016HO3成功交會，并展開近距離伴飛探測。

小行星2016HO3，2026年7月2日，天問二號探測器在距離小行星約20千米處拍攝的小行星2016HO3圖像

天問二號探測器于2025年5月29日在西昌衛星發射中心成功發射。2026年6月6日，探測器首次捕獲到小行星；6月7日，在距離小行星3萬千米處實施捕獲控制，實現與小行星共面飛行；6月19日，到達距離小行星2000千米處。

任務概況

天問二號升空后將用3年時間完成對近地小行星2016HO3的近距離伴飛探測和采樣返回，再用7年時間對主帶彗星311P的伴飛探測。

它由主探測器與返回艙兩大部分組成，其中主探測器用于完成近地小行星2016HO3軌道轉移、伴飛探測、采樣轉樣、返回地球、返回艙分離、主帶彗星311P轉移和伴飛探測等；返回艙通過氣動外形+降落傘完成彈道式再入，把采集的近地小行星2016HO3樣品帶回地球。

天問二號由主探測器與返回艙兩大部分組成

其工程目標有兩個：一是突破微引力天體表面采樣、高精度相對自主導航與控制、輕小型超高速再入返回、多模式長壽命高可靠電推進等關鍵技術；二是實現近地小行星伴飛探測、采樣(觸碰/懸停/附著)返回，及對主帶彗星伴飛探測, 為小行星起源及演化等前沿科學研究提供探測數據和樣品。

其科學目標有三個：一是測定小行星和主帶彗星的軌道參數、自轉參數、形狀大小、熱輻射特性等物理參數，開展軌道動力學研究；二是開展小行星和主帶彗星的形貌、物質組分、內部結構以及可能的噴發物等研究；三是開展樣品的實驗室分析研究，測定樣品物理性質、化學與礦物成分、同位素組成和結構構造，開展小行星和太陽系早期的形成與演化研究。

天問二號之所以選擇探測小行星2016HO3，是因為小行星2016HO3是人類首顆地球準衛星，公轉周期與地球近乎同步，軌道靠近地球，探測器抵達能耗更低，工程實施難度小。它直徑僅30～40米、高速自旋，探測它可驗證弱引力下伴飛、采樣等深空關鍵技術。另外，探測它科學價值極高，因為它保留太陽系早期原始物質，光譜與月巖相近，學界爭議其源自月球濺射或主帶小行星，采樣能破解起源謎題，厘清地月撞擊與小天體演化史，還可探究地球水與有機質來源，填補近地準衛星實地探測空白。

平臺性能

天問二號升空時的重量2.115噸。其中，主探測器配備了雙翼結構的圓形柔性太陽翼、一副1.5米直徑的高增益天線、一個機械臂和一臺激勵采樣器等。

為了滿足在距離太陽約3.75億千米的主帶彗星開展探測的供電需求，其上的一對圓形柔性太陽翼總面積共36平方米。這種設計能有效縮短太陽翼展開尺寸，降低傳統長尺寸太陽翼在軟著陸過程中的觸地風險。其光電轉換效率高達34%，可在太陽能稀薄的遠日點（如主帶彗星探測階段）太陽弱光照條件下的能源供給。它能有效縮短太陽翼展開尺寸，降低傳統長尺寸太陽翼在軟著陸過程中的觸地風險，極大地提高了探測器在小行星著陸（附著）任務中的可靠性。

天問二號上的監視相機拍攝的天問二號太陽翼完全展開后姿態

其推進系統為雙模推進，一套化學推進系統用于大推力脈沖變軌、著陸制動，一套電推進系統用于長期深空飛行的小推力連續轉移，以節省燃料。

返回艙最大直徑約0.75米，用于將采集到的小行星樣品安全帶回地球。在漫長的星際旅行中，返回艙要面臨極端的溫度變化、高能粒子輻射以及復雜的空間環境等諸多挑戰。為確保樣品的完整性和安全性，返回艙外殼采用高強度、耐高溫的復合材料，其內部配備了高精度的溫控系統和減震裝置，以確保樣品在穩定的環境中被護送回地球。

2025年10月1日，國家航天局發布天問二號任務探測器在軌飛行期間獲取的探測器與地球合影圖像。此次發布的天問二號與地球合影圖像由安裝在探測器機械臂上的監視相機拍攝，鮮艷的五星紅旗、白色的返回艙和遠處藍色的地球構成了一幅令人無限遐想的美妙畫面

值得一提的是，返回艙再入大氣的速度將達到到12千米/秒，這是我國首次嘗試超第二宇宙速度地球再入。返回艙再入地球大氣過程中需承受最高約12兆瓦/米2的熱流，面臨高熱流、高焓、高剪切力等惡劣條件，并要保證在超高速條件下開傘。因為，采用了新的輕質功能梯度防熱材料、輕質承力結構及分區域防熱結構等，并研制了“球錐大底 +單錐后體”的構型。

科學載荷

為了實現科學目標，天問二號攜帶了11臺科學載荷。

（1）中視場彩色相機用于對小行星進行全球成像。它有望測定小行星和主帶彗星的自轉參數、形狀大小等物理參數，探測小行星和主帶彗星的形貌。

（2）可見紅外成像光譜儀能夠探測到小天體表面可能存在的水、有機物等關鍵物質，為探索生命和地球水的起源提供重要線索。

（3）多光譜相機用于通過分析小行星反射的不同波長的光線，獲取其表面物質的類型和分布信息，就像給小行星做了一次 “光譜體檢”。

天問二號探測小行星示意圖

（4）探測雷達用于獲取小行星表層和次表層雷達回波數據。它有望探測小行星及主帶彗星的內部結構。

（5）熱輻射光譜儀通過測量小天體表面的熱輻射光譜，研究其表面物質的熱特性，從而推斷物質的種類和結構。

（6）磁強計用于探測小天體周圍的磁場環境。通過研究小天體的磁場，科學家可以了解其內部結構和物質組成。

（7）帶電粒子與中性粒子分析儀用于研究小天體與太陽風相互作用時產生的粒子和灰塵現象。通過對這些數據的分析，科學家能夠深入了解太陽風對小天體的侵蝕作用、物質傳輸過程以及小天體在太陽系環境中的演化機制。

（8）噴發物分析儀用于探測主帶彗星的塵埃物理、動態特性及其空間分布特征，主帶彗星揮發分及游離氣體分子的特征。它有望探測主帶彗星塵埃粒子大小、質量、速度等物理特性，以及可能的氣體分子種類和含量。

（9）激光一體化導航敏感器用于實現小天體地形三維點云掃描，獲取測距、測速及位姿測量數據。它有望探測小行星采樣區的形貌，獲取小行星樣品的背景信息。

（10）窄視場導航敏感器用于獲得小行星/主帶彗星的形狀、大小、表面形貌、自轉特性及軌道等特征。它有望測定小行星和主帶彗星的自轉參數、形狀大小等物理參數，探測小行星和主帶彗星的形貌，獲取小行星樣品的背景信息。窄視場導航敏感器和激光一體化導航敏感器為工程導航和科學探測復用儀器，共同完成既定的科學探測任務。

（11）旋轉衍射高光譜相機用于了解小行星和主帶彗星表面的礦物種類及分布情況。

飛行過程

天問二號任務包含13個飛行階段。其中，對小行星2016HO3的伴飛探測和采樣返回包括9個階段，在發射段順利完成后，探測器進入小行星2016HO3轉移段，這一階段持續約1年，期間實施了深空機動、中途修正等操作，直至距離小行星約3萬公里處。

天問二號飛行路線

隨后，依次進入小行星2016HO3接近段、交會段、近距探測段（距離小行星2016HO3表面20千米）。在近距探測段按照“邊飛邊探、逐步逼近”原則，對小行星2016HO3伴飛探測1年，確定采樣區后進入采樣段。

完成采樣任務后，探測器將經歷返回等待段、返回轉移段、再入回收段。返回艙與主探測器分離后于2027年底著陸地球并完成回收。與此同時，主探測器拉起飛向彗星，進入主帶彗星311P轉移段。它先利用地球引力彈弓效應進行一次加速，然后朝著火星的方向飛去。到達火星附近時再次借助火星的引力彈弓效應，改變自身的速度和軌道方向，飛向主帶彗星311P。

經過7年飛行，主探測器進入主帶彗星311P接近段，在2032年抵達距離主帶彗星311P約2000千米處。此后，對 311P 進行至少一年的遙感探測及原位測量。接著，進入與主帶彗星交會段，抵達距主帶彗星表面20千米處進行近距探測段，直至完成科學探測任務、壽命結束止。

該地球彩色圖由天問二號探測器的窄視場導航敏感器于2025年5月30日13點拍攝，經輻射校正、紅綠藍（558-631納米、500-573納米、434-477納米）三波段圖像配準和彩色合成處理后制作而成。拍攝時器地距離約59萬千米

關鍵技術

天問二號任務最大特點在于任務目標多樣，通過一次發射任務實現小行星2016HO3和主帶彗星311P兩個不同目標的“多目標、多任務、多模式”探測。要實現“一次發射、 兩類探測目標、三種探測模式（伴飛、采樣、返回）”，天問二號的任務復雜度遠超以往深空探測，是一條人類探索宇宙的全新路徑。

由于小行星2016HO3和主帶彗星311P表面引力很小，而且對它們特性了解不多,為此，要突破高精度相對自主導航與控制、適應不同目標特性的微重力環境多方式采樣、長時間小推力轉移軌道設計與控制、輕小型超高速再入返回等核心關鍵技術, 以滿足小行星微引力、不確定環境下的近距離伴飛探測和懸停、觸碰采樣需求。

天問二號對小行星采樣示意圖

在軌道設計方面，為了節省能量，小行星2016HO3采樣返回任務采用“霍曼轉移軌道+微引力伴飛+小推力連續轉移+地球再入”的軌道設計；主帶彗星311P探測任務需采用“地球借力+小推力連續轉移+微引力伴飛”的軌道設計。

從小行星2016HO3的形狀和自轉狀態看，對其取樣的難度比較大。它呈細長不規則碎石堆形態，直徑30～40米，引力分布極度不均，表面地形起伏復雜，可供平穩采樣的平坦區域極少，探測器抵近易受引力畸變擾動偏移。其自轉周期僅28分鐘左右，轉速極快，星體大部分區域離心力大于微弱引力，表層碎屑極易被甩離，僅兩極存在穩定附著區域。

近距離懸停、定點著陸需多次姿態修正，導航控制壓力陡增；且高速自旋疊加疏松結構，接觸采樣時極易彈飛探測器或擾動表層物質致樣本流失，大幅提升了采樣流程復雜度與任務風險，難度遠超日本、美國探測的龍宮、貝努等慢速自轉小行星。為此，天問二號與日本和美國小行星探測器采用“接觸即離”的短時觸碰采樣方式不同，為了較好地適應小行星2016HO3地形等不確定性，以及表面不同大小的碎石粒徑分布特性，天問二號除了觸碰采樣方式外，還具備懸停、附著采樣模式，以實現不同目標特性條件下的可靠采樣。

天問二號返回艙再入地球大氣層時將采用無控彈道再入，這對分離精度、質量分布和氣動特性提出了極高要求。其使用的不僅有化學推進系統，還采用了高效的離子電推進系統，以長期深空飛行的小推力連續轉移，這在我國空間探測器上是首次使用，具有較大挑戰。

該月球全色圖由天問二號探測器的窄視場導航敏感器于2025年5月30日15點拍攝，經輻射校正處理后制作而成。拍攝時器月距離約59萬千米

目前，探測器將逐步開展更精細科學探測，獲取小行星形貌、物質成分、內部結構等信息，為做好采樣準備提供支撐。期待天問二號順利完成預定任務。

作者簡介：龐之浩，全國空間探測技術首席科學傳播專家，中國空間科學傳播專家工作室首席科學傳播專家，《國圖公開課》航天系列演講授課專家，中國首次太空授課專家組成員，《中國國家天文》雜志編委，多次參加中央電視臺重大航天活動直播。2023年獨自編著出版的《中國航天圖文史》入選2024年經典中國國際出版工程，出版英文版；近年獨自編著出版的“解密航天系列”科普叢書入選2025年“新發現·科普書單”。

來源：中國國家天文

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