32馬赫與地球擦肩而過，國產飛船流浪太陽系，40億公里遠征

近年來小行星探測已經成為炙手可熱的熱門話題，然而真正專攻小行星探測的航天器卻是少之又少。比如，俄羅斯也是航天強國，該國在分家以前對月球、金星、火星都有收穫頗豐的探測工程，但他們在小行星探測領域卻是零存在。

小行星在深空探測領域歷來屬於偏門科目，一則是各國探測需求不高，以往多是順路飛越探測，再就是有一定的技術門檻。

日本作為航天資源有限國家，難以在載人航天、大規模月球探測領域有太多建樹，因此他們就選擇耗資相對較少，但卻能幹出成績的小行星探測領域專攻精練。先後於2003年、2014年發射隼鳥一號、二號小行星探測器，兩部探測器的使命都是對小行星進行環繞、附著採樣、返回任務，其中隼鳥一號更是成為全球第一個把小行星物質帶回地球的航天器，隼鳥二號也將於2020年進入返回地球軌道。

我國在小行星探測領域也沒有缺席，九年前發射的嫦娥二號原本執行的是嫦娥三號落月任務區高清成像工作，但在任務執行完畢後又實施了一系列拓展任務，其中就包括對距離地球約700公里的圖塔蒂斯小行星進行飛越探測，最終以3.2公里距離飛越了這顆小行星，創下了世界範圍內小行星飛越探測的最近距離紀錄。

近日，航天科技集團空間技術研究院又披露了我國又一個規模宏大的小行星探測任務，我們計劃在2022年使用長征三號乙運載火箭發射一艘深空探測飛船，該飛船將用一年時間飛抵距離地球約3000萬公里的一顆名為2016HO3的小行星，該小行星也被稱為「准地球衛星」，之後對該星進行為期一年的環繞探測，並擇機通過機械臂進行登陸採樣。

2016HO3小行星探測任務完畢後飛船將進入返回地球軌道，抵達地球後攜帶小行星樣本的返回艙與飛船分離再入地球大氣層，飛船本體依靠引力彈弓效應以約32馬赫的第二宇宙速度划過地球邊緣向火星飛去，之後再藉助火星引力彈弓向小行星帶進發，最終抵達133P主帶彗星環繞軌道進行原位探測。

這將是一個任務行程超過40億公里，為期十年的太陽系流浪之旅，一次發射完成兩顆地外天體的近距離探測，對探測器的設計壽命提出了更為嚴苛的要求。為了適應超長任務周期超遠距離深空探測，國產小行星探測器還將配置大功率電推發動機，此類發動機已經應用於多款業務衛星，它可以在行進間長期點火加速，而且攜帶的燃料量相較於傳統推進劑要少得多，因此探測器尺寸重量都可以做得更小。

小行星採樣返回任務不同於月球亦或者火星，主要有三大任務差異：

第一，小行星探測器建立繞飛軌道難

建立繞飛軌道是航天器對小行星長期探測以及實施採樣返回任務的基礎條件。所謂小行星繞飛軌道並不是指航天器被小行星引力捕獲的軌道，由於小行星引力極為微弱，所以一般很難直接建立繞飛軌道，實際上航天器與小行星運行在兩條完全獨立的飛行軌道，只是因為航天器保持了與小行星大致相同的軌道周期，同時基於軌道偏心率的不同，進而實現視覺上的繞飛。

比如2016HO3小行星就是這種繞飛軌道的實踐者，人們認為這是一顆圍繞地球運轉的「准衛星」，為什麼加一個「准」字，因為它並非基於地球引力對地球繞飛，而是基於太陽引力與地球伴飛，但因為偏心率不同，所以形成了視覺上對地球的繞飛現象。

中國人辦事向來講究事半功倍，要麼不幹，要干那就一定是胸有成竹。我國早在十一年前就曾在神舟7號載人飛船任務中搭載了伴星一號小衛星，實現了對神舟7號飛船的伴隨飛行，爾後又在天宮二號任務中釋放伴星二號小衛星，實現對天宮神舟組合體的繞飛運行。航天器伴隨飛行技術即可用於近地軌道航天器在軌監視，也可用於小行星繞飛軌道的建立。

第二，小行星登陸原理與月球火星完全不同

由於小行星引力微弱，因此與其說是登陸小行星，倒不如說是與小行星進行交會對接。但又迥異於空間交會對接任務，航天器交會對接是建立在雙向數據傳輸匹配的基礎上，而小行星無法與航天器進行雙向數據傳輸，因此小行星可以看作是非合作目標。

由此筆者聯想到長征七號首飛載荷中的遨龍一號，該航天器配置有六自由度空間機械臂專門用於抓取非合作空間目標，可以用於清理太空垃圾，或者其他軍用非合作目標。我國小行星探測器也配置了類似的空間機械臂，由此看來我們已經具備登陸小行星的物質基礎。

第三，深空測控難

通過公開的小行星探測方案可知，該探測器將由長征三號乙運載火箭發射，由此可知此前我國遲遲沒有啟動火星探測計劃的核心原因並非是火箭，主要還是彼時深空測控距離還無法觸達火星。

精準的測控能力更是決定小行星探測任務成敗的關鍵要素，要知道隨著距離增加測控精度就無可避免的下降，比如美國多次小行星飛越探測距離都在數百乃至上千公里。

我國已經建成布局全球的深空測控網，在這張空天大網中部署有直徑達66米的大口徑測控天線，位於貴州的FAST天眼射電望遠鏡也可以發揮深空測控功能，同時國內還有配置多部大口徑射電望遠鏡的VLBI天文觀測網。

它們都是我國深空測控體系組成部分，最遠測控距離已經可以觸達太陽系邊緣，不論是距離地球數千萬公里的2016HO3小行星亦或者數億公里之遙的133P彗星都在我們的掌握之中，反觀日本小行星探測任務的測控還需要依賴美國NASA。

雖然小行星探測有諸多技術難點，但這並不代表小行星探測相較於月球或者火星探測更艱難。比如，從小行星起飛採樣返回就容易得多，因為小行星引力微弱只需較小推力發動機就可以起飛進入返回地球軌道，而嫦娥五號為代表的月球起飛任務就要艱巨得多，因為要克服數萬倍於小行星的引力數值，所以需要配置大推力月面起飛發動機，同時月球工作環境也要更加惡劣，極低溫與極高溫交叉作用對航天器元器件工況要求更為嚴苛。

去年我國航天以39次軌道發射成績奪得全球航天發射榜冠軍頭銜，今年發射次數依然保持在高位運行。以今年年底12月30號為開端我國航天將迎來新一輪爆髮式增長，長征五號遙三火箭復飛，明年還有國營與民營航天公司研製的長征五號B、朱雀二號、長征八號等近十款新型火箭首飛，其中不乏火星一號、嫦娥五號、新一代重型載人飛船等重量級項目，然而火爆的2020年也僅僅是一個開始。

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