落选的三星探测方案小行星探测器
该探测器发射质量1.75吨 ， 采用化学推进与电推进组合的双模推进系统 ， 携带多波段相机、红外光谱仪、有机组分分析仪等科学载荷 ， 旨在开展小行星形成和演化、太阳系起源与演化、生命起源等科学探测 。
该探测方案旨在一次发射连续探测三颗小行星 ， 分别是对Tukimit小行星飞越探测、对阿波菲斯小行星进行伴飞、对1996FG3小行星进行附着探测 ， 该方案计划2017年实施发射 ， 并于2023年抵达附着目标天体 。
落选的三颗小行星探测方案
三星探测器的探测手段是飞跃、伴飞、附着 ， 其中价值最大的是附着探测 ， 然而由于探测器自身规模有限 ， 无法携带完备的原位研究分析设备 ， 相较于取样返回探测仍有着较大的局限性 。
虽然三星探测方案最终落选 ， 但其进行的方案论证 ， 以及以“小行星一体化采样装置”为代表的关键技术攻关为后来正式上马的小行星探测任务奠定了良好的基础 。
原计划用于小行星原位探测的“小行星一体化采样装置”
空间科学探测需要“有所为 ， 有所不为 。 ” ， 过去一段时期我们的主要精力是载人航天工程、嫦娥探月工程 ， 后来又新增了火星探测任务 ， 加上那一时期服务小行星探测的各项支持装备尚没有到位 。
经过一段时期沉淀之后 ， 开展复杂度更高的小行星探测任务的条件也日益成熟 ， 站在嫦娥探月工程、天问一号火星探测任务的肩膀上 ， 大系统工程经验更加丰富、科研队伍应对未知领域挑战的经验与能力今非昔比 ， 尤其是前述工程积累的装备条件也达到了一个前所未有的高度 ， 比如建立了可以触达太阳系边际空间布局全球的深空测控网 ， 以及相关大口径数据接收天线、航天器深空飞行技术经验、返回舱第二宇宙速度再入返回等瓶颈技术均已突破 ， 天问二号小行星采样返回探测器因此应运而生 。
现在我们就来看看 ， 为什么说天问二号是人类小天体探测的“集大成者”：
天问二号探测器由“主探测器”与“返回舱”两部分结构组成 ， 主探测器负责轨道转移与控制以及科学探测任务 ， 是主控舱段 ， 配置有高光电转换效率太阳翼、通信系统、采样装置、样品转移装置等设备 ， 探测器出于节省燃料降低发射规模考虑配置了离子电推力器 ， 与化学推进器组合为双模推进系统 。
最大直径约0.75米的返回舱负责储存小行星采样样品 ， 并返回地球 。
天问二号小行星采样返回与主带彗星环绕探测器示意图
天问二号太阳翼是独特的“圆形柔性太阳翼” ， 之所以选用此构型是为了缩短太阳翼展开尺寸 ， 这样一来可以提高探测器在小行星着陆（附着）任务中的可靠性 ， 以降低传统长尺寸太阳翼在软着陆过程中的触地风险 。 圆形设计还可以增大太阳翼面积 ， 提高电池布片规模 ， 柔性太阳翼这一属性也能够降低设备重量 。
类似降低触地风险的设计是小天体着陆探测器必须要考虑的事项 ， 比如日本计划2024年发射的MMX火卫一采样返回探测器的太阳翼也是经历了由传统构型向降低触地风险构型的转变 。
MMX火卫一采样返回探测器太阳翼构型演变?
天问二号太阳翼直径约4.7米 ， 如此硕大的太阳翼应该是考虑到后续主带彗星探测任务能源获取效率降低的问题 ， 因为届时探测器与太阳的距离将更加遥远 。
天问二号配置的“圆形柔性太阳翼”装配现场
小天体探测为了争取任务价值最大化 ， 通常是多目标探测 ， 天问二号亦是如此 ， 它选择了两个地外小天体目标 ， 分别是2016HO3近地小行星与主带彗星311P ， 前者是采样返回任务的主要目标天体 ， 后者可视为拓展任务 。
2016HO3小行星是一颗在未来100年内都会对地球不离不弃的阿波罗型近地小行星 ， 由于它独特的绕太阳运转轨道看起来像是也在绕地球飞行 ， 因此被视为地球的准卫星 ， 与地球之间的平均距离约为2000万公里 。
2016HO3小行星运行轨道示意图（黄线）
选择2016HO3作为采样返回目标进一步证明了天问二号的高技术起点 ， 这将是人类迄今为止抵近探测的最小目标天体 ， 据估测最大直径仅有约100米 ， 而实际直径可能仅有约30米 ， 天体尺寸越小 ， 意味着更为复杂的任务状态：
2016HO3小行星自转速度会更快 ， 进而导致光变更快 ， 可供选择的采样区面积更小 ， 要求探测器具备米级精度到达能力 。
俗话说柿子专挑软的捏 ， 为什么我们要挑一个硬的？因为通过对2016HO3小行星的探测可以进一步增强复杂天体的到达能力 ， 未来再进行其它小天体探测任务时可以更加游刃有余 。 对于小行星探测的未来而言 ， 我们需要实现对小行星的捕获与转移 ， 超小型小行星更利于实现此目标 ， 这也是一种技术衔接考虑 。
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