2022年5月24日,一張關于中國航天未來的“天問二号”計劃圖開始在網上推特上流傳,筆者看了其波瀾壯闊的小行星采樣返回的計劃,和當年日本的隼鳥号以及NASA的奧利西斯探測器可以一拼,那麼究竟誰的更難一些呢?
可能有很多朋友認為天問一号執行了繞落巡任務,天問二号将會火星采樣返回!然而錯了,二号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,目前已經規劃了三個探測器:
目前規劃了這幾個任務,我國的深空探測任務正在展開,估計到了2050年,可以規劃來個CSNA 50年,彙總下探測成果,不過下文還是趕緊來介紹下天問二号任務。
天問二号:小行星采樣返回,彗星會合任務
目前公布的探測目标有兩個,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,哈雷阿卡拉天文台的Pan-STARRS(反省望遠鏡)發現了它,并且被命名為了“Kamo'oalewa”,意思是則是一個擺動的天體,因為這個天體比較特殊:
各位可能發現了,它的軌道似乎穿越了地球軌道,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,一會則地球軌道内存,看起來就是在繞行地球公轉,如下圖:
因此科學家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年了,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,它并沒有落入地球的希爾球,并非地球真正的衛星。
關于2016HO3的性質還無法确認,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,未來天問二号将去看個明白。
靠近這顆天體,由于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,而由于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
天問二号在對小行星2016HO3采樣返回後将會與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,全程将持續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,然後它的目标是飛向311P彗星,這是一顆2013年8月27日泛星望遠鏡發現的彗星:
這顆彗星的距離相對就比較遠了,天問一号的“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彗星的奇怪之處在于它的尾巴有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,因此探測這個天體将會非常有意思。
和日本的隼鳥号和NASA的奧利西斯号相比,哪家技術更強?日本的隼鳥号有兩次任務,隼鳥号和隼鳥二号,前者于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),原計劃于2007年6月返回地球,結果因為探測器燃料洩漏,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。
隼鳥号在太陽系軌道上晃蕩了七年,穿越了六十億千米的路程,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,隻帶回了大約1000多粒肉眼都看不到的小行星灰塵。
隼鳥二号任務
這次任務的目的地是龍宮小行星,于2014年12月3日發射,2018年到達并采集樣本後,于2020年返航,2020年12月6日淩晨,樣本容器成功分離并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。
與隼鳥号任務相比,隼鳥二号帶回的樣本明顯多,帶回了5.4克小行星樣本,高于預期目标,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,它探測的目标是101955 Bennu小行星,這是一顆碳質近地小行星,目标是獲得60克樣本,于2016年9月8日發射,并于2018年12月3日與Bennu會合,目前已經采樣成功,NASA預計獲得了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。探測器預計将于2023年9月24日返回地球,
小行星采樣返回:到底哪家技術更強?
準确地說,這個有點難以比較,主要是我國的探測器尚未成行,假如按探測目标以及後續任務上來考慮,哪個更容易呢?
從距離來看,隼鳥二号明顯要更難一些,從采樣量來看,OSIRIS-REx難度更大一些,而從訪問目标的軌道傾角來看,天問二号更難,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,天問二号訪問的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,天問二号訪問地球準衛星,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家,數億千米都經曆過了,區區千萬級别還是小菜一碟。
還有一個值得一提的是,隼鳥二号以及NASA的OSIRIS-REx以及天問二号的軌道器和返回艙分離後都計劃訪問一顆彗星,看來大家都不想讓這個“軌道器”浪費。
羅塞塔号拍攝的丘留莫夫-格拉西緬科彗星
中國未來将成為第三個小行星采樣返回的國家,之前歐空局的菲萊探測器登陸了67P/楚留莫夫-格拉希門克彗星,可惜登陸後就失去了聯系,不過其也沒有采樣返回的計劃。
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