“追星”成功 | 天问二号开展伴飞探测

我国首个专用小天体探测器——天问二号，追星历经约400天、成功测行程约10亿千米的天问“追星”之旅，于2026年7月初与小行星2016HO3成功交会，号开并正式展开近距离伴飞探测。展伴

小行星2016HO3：2026年7月2日，飞探天问二号探测器在距离小行星约20千米处拍摄的追星小行星2016HO3图像

天问二号探测器于2025年5月29日在西昌卫星发射中心成功发射。随后任务节点紧凑推进：
* 2026年6月6日：探测器首次捕获到小行星；
* 6月7日：在距离小行星3万千米处实施捕获控制，成功测实现与小行星共面飞行；
* 6月19日：到达距离小行星2000千米处。天问

任务概况

天问二号升空后，号开规划用3年时间完成对近地小行星2016HO3的展伴近距离伴飞探测和采样返回，再用7年时间对主带彗星311P进行伴飞探测。飞探

探测器由主探测器与返回舱两大部分组成：
* 主探测器：负责完成近地小行星2016HO3轨道转移、追星伴飞探测、成功测采样转样、天问返回地球、返回舱分离、主带彗星311P转移及伴飞探测等复杂任务。
* 返回舱：通过气动外形配合降落伞，完成弹道式再入，将采集的近地小行星2016HO3样品安全带回地球。

天问二号组成：由主探测器与返回舱两大部分组成

工程目标

1. 技术突破：攻克微引力天体表面采样、高精度相对自主导航与控制、轻小型超高速再入返回、多模式长寿命高可靠电推进等关键技术。
2. 任务实现：实现近地小行星伴飞探测、采样（触碰/悬停/附着）返回，以及对主带彗星伴飞探测，为小行星起源及演化等前沿科学研究提供宝贵的探测数据和样品。

科学目标

1. 物理参数测定：测定小行星和主带彗星的轨道参数、自转参数、形状大小、热辐射特性等，开展轨道动力学研究。
2. 形貌与结构研究：开展小行星和主带彗星的形貌、物质组分、内部结构以及可能的喷发物等研究。
3. 样品实验室分析：对返回样品进行物理性质、化学与矿物成分、同位素组成和结构构造的分析，深入探究小行星和太阳系早期的形成与演化。

目标选择：为何锁定小行星2016HO3？

天问二号选择小行星2016HO3作为首个探测目标，主要基于以下考量：
* 工程可行性：作为人类首颗地球准卫星，其公转周期与地球近乎同步，轨道靠近地球，探测器抵达能耗更低，工程实施难度相对较小。
* 技术验证价值：该小行星直径仅30～40米，且处于高速自旋状态，探测它可有效验证弱引力环境下伴飞、采样等深空关键技术。
* 极高科学价值：
* 保留太阳系早期原始物质，光谱与月岩相近。
* 学界对其起源存在争议（源自月球溅射还是主带小行星？），采样有望破解起源谜题，厘清地月撞击与小天体演化史。
* 有助于探究地球水与有机质的来源，填补近地准卫星实地探测的空白。

平台性能

天问二号升空时总重2.115吨。

主探测器配置

• 能源系统：配备双翼结构的圆形柔性太阳翼，总面积达36平方米。
• 优势：光电转换效率高达34%，能在距离太阳约3.75亿千米的主带彗星探测阶段，适应太阳能稀薄、弱光照条件下的能源供给。
• 安全性：有效缩短太阳翼展开尺寸，降低传统长尺寸太阳翼在软着陆过程中的触地风险，极大提高了探测器在小行星着陆（附着）任务中的可靠性。
• 其他设备：一副1.5米直径的高增益天线、一个机械臂、一台激励采样器。

太阳翼展开：天问二号上的监视相机拍摄的天问二号太阳翼完全展开后姿态

推进系统

采用双模推进设计：
1. 化学推进系统：用于大推力脉冲变轨、着陆制动。
2. 电推进系统：用于长期深空飞行的小推力连续转移，以节省燃料。

返回舱设计

• 尺寸：最大直径约0.75米。
• 防护能力：面对极端的温度变化、高能粒子辐射及复杂空间环境，返回舱外壳采用高强度、耐高温复合材料，内部配备高精度温控系统和减震装置，确保样品在稳定环境中安全返回。

在轨合影：2025年10月1日，国家航天局发布天问二号任务探测器在轨飞行期间获取的探测器与地球合影图像。此次发布的天问二号与地球合影图像由安装在探测器机械臂上的监视相机拍摄，鲜艳的五星红旗、白色的返回舱和远处蓝色的地球构成了一幅令人无限遐想的美妙画面

超高速再入挑战

返回舱再入大气的速度将达到12千米/秒，这是我国首次尝试超第二宇宙速度地球再入。
* 热流挑战：再入过程中需承受最高约12兆瓦/米²的热流，面临高热流、高焓、高剪切力等恶劣条件，并需在超高速条件下开伞。
* 技术对策：采用新的轻质功能梯度防热材料、轻质承力结构及分区域防热结构，并研制了“球锥大底 +单锥后体”的独特构型。

科学载荷

为实现科学目标，天问二号携带了11台科学载荷：

1. 中视场彩色相机：用于小行星全球成像，测定自转参数、形状大小等物理参数，探测形貌。
2. 可见红外成像光谱仪：探测小天体表面可能存在的水、有机物等关键物质，为探索生命和地球水的起源提供线索。
3. 多光谱相机：通过分析反射的不同波长光线，获取表面物质类型和分布信息，相当于给小行星做“光谱体检”。

探测示意图：天问二号探测小行星示意图

1. 探测雷达：获取表层和次表层雷达回波数据，有望探测内部结构。
2. 热辐射光谱仪：测量表面热辐射光谱，研究热特性，推断物质种类和结构。
3. 磁强计：探测周围磁场环境，了解内部结构和物质组成。
4. 带电粒子与中性粒子分析仪：研究小天体与太阳风相互作用产生的粒子和灰尘，深入理解太阳风侵蚀、物质传输及演化机制。
5. 喷发物分析仪：探测主带彗星的尘埃物理、动态特性及空间分布，以及挥发分及游离气体分子特征（如粒子大小、质量、速度、气体种类及含量）。
6. 激光一体化导航敏感器：实现地形三维点云扫描，获取测距、测速及位姿数据，探测采样区形貌及背景信息。
7. 窄视场导航敏感器：获取形状、大小、表面形貌、自转特性及轨道特征。与激光一体化导航敏感器复用，共同完成工程导航和科学探测任务。
8. 旋转衍射高光谱相机：了解小行星和主带彗星表面的矿物种类及分布情况。

飞行过程

天问二号任务包含13个飞行阶段。

第一阶段：小行星2016HO3探测（约3年）

1. 转移段：发射完成后进入，持续约1年，实施深空机动、中途修正，直至距离小行星约3万公里处。

飞行路线：天问二号飞行路线

1. 接近段、交会段：逐步逼近目标。
2. 近距探测段：距离小行星2016HO3表面20千米。遵循“边飞边探、逐步逼近”原则，伴飞探测1年，确定采样区。
3. 采样段：执行采样任务。
4. 返回等待段、返回转移段、再入回收段：返回舱与主探测器分离，于2027年底着陆地球并完成回收。

第二阶段：主带彗星311P探测（约7年）

主探测器分离后，拉起飞向彗星：
1. 转移段：先利用地球引力弹弓效应加速，飞向火星；到达火星附近再次借助火星引力弹弓效应改变速度和轨道，飞向主带彗星311P。
2. 接近段：经过7年飞行，于2032年抵达距离主带彗星311P约2000千米处。
3. 遥感探测及原位测量：对311P进行至少一年的探测。
4. 交会段与近距探测段：抵达距主带彗星表面20千米处，直至完成科学探测任务、寿命结束。

地球影像：该地球彩色图由天问二号探测器的窄视场导航敏感器于2025年5月30日13点拍摄，经辐射校正、红绿蓝三波段图像配准和彩色合成处理后制作而成。拍摄时器地距离约59万千米

关键技术

天问二号的最大特点是“多目标、多任务、多模式”探测，通过一次发射实现小行星2016HO3和主带彗星311P两个不同目标的探测。其任务复杂度远超以往，是一条人类探索宇宙的全新路径。

核心难点与突破

由于小行星2016HO3和主带彗星311P表面引力极小且特性未知，需突破以下关键技术：
* 高精度相对自主导航与控制
* 适应不同目标特性的微重力环境多方式采样
* 长时间小推力转移轨道设计与控制
* 轻小型超高速再入返回

轨道设计策略

• 小行星2016HO3：采用“霍曼转移轨道+微引力伴飞+小推力连续转移+地球再入”设计，以节省能量。
• 主带彗星311P：采用“地球借力+小推力连续转移+微引力伴飞”设计。

采样挑战：高速自旋与不规则形态

小行星2016HO3呈细长不规则碎石堆形态，直径30～40米，引力分布极度不均，表面地形起伏复杂。
* 自旋特性：自转周期仅28分钟，转速极快。大部分区域离心力大于微弱引力，表层碎屑易被甩离，仅两极存在稳定附着区域。
* 采样风险：高速自旋叠加疏松结构，接触采样时极易弹飞探测器或扰动表层物质致样本流失。其难度远超日本、美国探测的龙宫、贝努等慢速自转小行星。

应对方案：
不同于日美探测器采用的“接触即离”短时触碰采样，天问二号具备触碰、悬停、附着三种采样模式，以适应地形不确定性和不同粒径分布，实现可靠采样。

再入与推进挑战

• 再入：返回舱采用无控弹道再入，对分离精度、质量分布和气动特性要求极高。
• 推进：首次在我国空间探测器上使用高效的离子电推进系统进行长期深空飞行的小推力连续转移，挑战巨大。

采样示意：天问二号对小行星采样示意图

月球影像：该月球全色图由天问二号探测器的窄视场导航敏感器于2025年5月30日15点拍摄，经辐射校正处理后制作而成。拍摄时器月距离约59万千米

目前，探测器正逐步开展更精细的科学探测，获取小行星形貌、物质成分、内部结构等信息，为采样做准备。期待天问二号顺利完成预定任务。

作者简介：庞之浩，全国空间探测技术首席科学传播专家，中国空间科学传播专家工作室首席科学传播专家，《国图公开课》航天系列演讲授课专家，中国首次太空授课专家组成员，《中国国家天文》杂志编委，多次参加中央电视台重大航天活动直播。2023年独自编著出版的《中国航天图文史》入选2024年经典中国国际出版工程，出版英文版；近年独自编著出版的“解密航天系列”科普丛书入选2025年“新发现·科普书单”。

来源：中国国家天文

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