新知｜从小行星和火星上“挖宝”，到底有多难

主笔、视频制作：于梅君

6月27日举行的国新办新闻发布会，披露了未来一段时间中国深空探测计划。其中，天问二号准备2025年前后实施，主要目标是小行星探测，2030年前后实施的天问三号将进行火星采样返回，天问四号将实现木星系探测。我们为什么要对小行星和木星进行探测？如何探测？难度在哪儿？

从小行星挖“土特产”，到底有多难

当前，深空探测是全球科技竞争热点之一，我们离星辰大海的征途还有多远？

2023年9月，中国科学院院士、中国探月工程首任首席科学家欧阳自远，在一场以“向太阳系的星辰大海挺进”为主题的演讲中指出，太阳是银河系2000亿个恒星之一，以人类现今的科技能力，只能探测太阳系，而月球探测是进入太阳系星辰大海的一个跳板。未来月球探测是起点，火星探测是重点，小行星探测是热点，行星际穿越探测是亮点。

将于2025年前后发射的“天问二号”，主要任务就是探测小行星并采样返回。那么，我们将探测哪颗小行星，怎么探？

中国行星探测工程总设计师张荣桥去年4月接受央视采访时介绍，我们这次选择的探测对象，是近地小行星2016HO3，它个头很小，约有40×100米那么大。采样时，离地球大概4300万—4500万公里，这将是中国人首次从行星际拿回样品，完成主任务后，我们还将争取去探测小行星带中的主带彗星311P。

小行星探测最大的难点是无重力，也就是不能像行星探测一样，通过探测器制动减速、由行星引力作用进入环绕轨道，这就为小行星表面采样增加了难度。

张荣桥表示，我们去小行星，不可能绕着小行星飞，因为它没有引力，只能是在茫茫宇宙中追上它，跟着它一块飞，叫伴飞，然后择机取样。

“探索小行星的科学意义很大。”中国科学院院士叶培建介绍，小行星是太阳系在45亿年前形成初期遗留下来的产物。宇宙中小行星非常多，仅太阳系中就有上百万颗，人类已知的近地小行星约有9000颗。对小行星进行探测，可以更好地了解宇宙的演化、太阳系的形成，以及地球生命起源等科学问题。

同时，小天体具有丰富的资源，目前探测到最大的M型小行星“灵神星”直径约250千米，金属成分约占90%，主要是铁、镍和辉石。3554号近地小行星直径约2.5千米，估算蕴含价值超过20万亿美元的铂和金属矿藏，这些都可能是满足未来人类生存发展的重要资源。

由于小行星引力小，目前尚未有国家实现小行星降落采样。而我国进行的第一次小行星探测，就会选择降落采样。小行星探测技术成熟后，将来如果有小行星撞击地球，我国可以直接接近并干预。

我国有望成为第一个火星采样返回的国家

随着天问一号火星探测器成功发射，实现火星环绕、着陆，祝融号火星车开展巡视探测，在火星上首次留下中国人的印迹，中国航天实现从地月系到行星际探测的跨越。

2030年前后，我国计划发射天问三号探测器，实施火星采样返回任务。中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁在4月24日举行的2024年中国航天大会主论坛上透露，“纵观世界各国目前的进展，我国有望成为第一个火星采样返回的国家，目前已开始筹建世界首个火星样品实验室。”

2024年全国两会期间，我国深空探测航天器设计领域专家孙泽洲也介绍了我国火星采样返回的相关信息，“目前为止，还没有哪个国家尝试实施火星取样返回这个任务”，同时，他还透露了火星采样返回的两大难点：一是在火星表面获取样品，然后从火面起飞上升；二是在轨道上完成这两个目标之间的交会和样品转移，在系统设计上，对于探测器的智能化提出了更多要求。

不过，因为有月球探测和火星探测的基础，“火星采样返回整体工作进展比较顺利。”孙泽洲说。

那么，火星土取回来有什么用？火星是太阳系的八大行星之一，是邻近地球的“好姐妹”，在太阳系家族中，也是与地球相似程度最高的行星，如：自转轴的倾斜角度、自转周期、一年四季气候变化等。火星起源与演化的研究，将为地球和太阳系的起源与演化，提供有重大意义的科学依据。

火星生命的探寻，始终是火星探测的第一个科学目标。孙泽洲说，火星上是不是还存在着水？是否曾经有过生命的痕迹？如果把火星土壤带回来研究，或许能更接近问题的答案。

天问四号，一次“看完”木星和天王星

我国2030年前后实施的“天问四号”，将实现对木星系的探测。

在2023年4月举行的首届深空探测（天都）国际会议上，国家航天局副局长吴艳华介绍，天问四号主要将开展对木星和木卫四的环绕探测。具体如何探？

在2022年9月举行的第73届国际宇航大会上，中国国家航天局探月与航天工程中心研究员王琼发表《中国探月和深空探测工程》的报告，王琼介绍，天问四号的目标，是在一次任务中造访木星和天王星。

王琼表示，天问四号包括两个探测器，其中主探测器将深入木星系，并进入木卫四的轨道，而较小的副探测器，将对天王星进行飞掠式探测。

同样在第73届国际宇航大会上，来自中国空间技术研究院的王冀莲，对未来中国行星探测任务的细节进行了介绍。王冀莲说，天问四号探测器将分别掠过金星一次、掠过地球两次，从而借助引力弹弓效应飞向木星。探测器会在抵达木星系之际分离，主探测器重点观测木星和木卫四，副探测器则利用木星的引力弹弓飞往天王星。

天问四号的科学任务，大方向是探索木星及其卫星的演化史，包括研究外形不规则的卫星等。“这项任务将进一步加强中国的深空探测能力，任务完成后，中国将具备探测太阳系内任何可选目标的能力。”王冀莲表示。

保卫地球！我国着手组建近地小行星防御系统

近年来，随着各类卫星和航天器数量不断增多，所产生的空间碎片，为后续发射任务的轨道规划和运行提出了更高要求。

国家航天局副局长吴艳华表示，为了能更好地利用太空空间，我国将建设完善小行星监测预警系统，组建近地小行星防御系统，确保太空中航天器安全稳定有序运行，共同应对近地小行星撞击的威胁，为保护地球和人类安全贡献中国力量。

中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁在4月24日举行的2024年中国航天大会主论坛上表示，“小行星撞击地球概率极小，但危害极大。历史上小行星曾多次撞击地球，造成了恐龙灭绝等重大灾害。”

吴伟仁说，我国已开展小行星防御计划，预计将在2027年前后，对一颗数千万公里外的小行星实施动能撞击，使其改变运行轨道，并在轨开展撞击效果评估，力求实现“撞得准，推得动，测得出，说得清”目标。

吴伟仁还介绍，本世纪中叶，我国计划发射新型动力航天器，飞抵80至100AU（天文单位，约等于地球到太阳的平均距离）太阳系边际，对极远、极暗、极寒的未知区域开展科学探测，有望在人类认识宇宙的历史上树立新的丰碑。

知多一点

木星这个“硬骨头”有多难啃？

我们为什么要去木星？木星探测与火星探测有哪些不同？此前一些国家实施的木星冰月探测器、“朱诺”号、“伽利略”号等，它们的任务有什么区别？

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍，火星与木星有很大不同。火星距地球最近约5500万公里，最远超过4亿公里；木星距地球更远，达到6.4亿至9.3亿公里。

同时，火星是岩石星球，只有两颗卫星；木星是气态行星，是太阳系内形成的首颗行星，成分跟太阳极其相似，而且它已被发现的卫星达到68颗，因而被比作“小太阳系”。对木星进行探测，有助于加深对太阳系的了解。

20世纪70年代，人类就开始探测木星，已发射先驱者10号、11号，旅行者1号、2号等探测器。庞之浩表示，其中大部分只是“路过”木星，顺便获取图像和数据。

首个用于专门探测木星、帮助人们深入了解木星的，是1989年发射的“伽利略”号木星探测器。它于1995年12月抵达木星环绕轨道，对木星大气开展了近8年研究，最终坠入木星大气层焚毁。由于还肩负着探测木星卫星的使命，同时出于对木星辐射的忌惮，伽利略号的轨道很高，距离木星约20万公里。

北京时间2016年7月5日，经历了5年飞行的“朱诺”号木星探测器进入木星轨道，开展人类历史上对木星最深入的观测。

庞之浩介绍，“朱诺”号与“伽利略”号的任务颇有不同。在轨道设计上，“朱诺”号为了近距离探测木星，选择了一条可以避开强辐射区域的椭圆形极地轨道，最近离木星云层不到5000公里，远木点高度约为1.88万公里。

“朱诺”号的核心任务之一是探测木星内部，看木星究竟全部由气体构成，还是拥有被大气包裹的核心。此外还要对木星的大气、磁场、引力等进行探测。

2023年4月13日，欧洲航天局领导的木星冰月探测器（JUICE）发射。其主要目标是研究木星及其三颗最大的卫星：木卫二、木卫三和木卫四。经过漫长飞行，到2034年，该探测器将直接进入木卫三轨道，这将是人类探测器首次环绕一颗其他行星的卫星运行。

国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光指出，木星最大的四颗卫星各有特点且都极具探测价值。例如木卫二水资源总量超过地球上所有海洋的水量，甚至有观点认为，这些覆盖于厚冰层下的水资源中可能存在原始生命，足见对木星系开展研究的重要性。