“中國設計的小天體探測任務將在10年分3個階段實施，即小行星探測、取樣返回、探測彗星。既要對近地小行星‘2016HO3’進行探測，也要對彗星‘311’進行探測。目前，小天體探測任務已經進入工程研制階段。”4月24日下午，在2021年中國航天大會主論壇上，當選為2021年“中國航天公益形象大使”的人民科學家、中國科學院院士葉培建描繪的我國小天體探測的任務設想，令人心馳神往。

葉培建介紹，我國行星探測重大工程包括小天體探測、火星采樣返回和木星系探測，同時太陽系邊際探測等未來任務已在論證之中。其中，小天體探測任務是行星探測重大工程的標志性項目，也是我國航天強國建設征程的標志性任務。

將對近地小行星探測取樣返回，并繞飛探測彗星

“小天體保存著太陽系形成演化的原始信息，是研究太陽系起源的‘活化石’，是目前國際深空探測的熱點，行星科學研究的前沿。”葉培建表示，小天體探測在揭示生命起源、推動技術進步、開發天然資源、保護地球安全等方面意義重大，影響深遠。

中國的小天體探測如何開展?葉培建說：“我們將通過一次任務，對近地小行星探測與取樣返回和主帶彗星繞飛探測，實現探測領域和核心技術的全面性突破，使我國小天體探測達到國際同期先進水平。”

葉培建所說的近地小行星和主帶彗星分別為“2016HO3”和“311P”。

2016HO3是一顆地球共軌天體，直徑為40—100米，發射和返回窗口靈活，適于取樣返回、分析天體來源。而311P彗核為320—580米，對它的研究熱點集中在主帶彗星形成和演化、氣體活動機制。

“小天體探測的目標是，突破弱引力天體表面采樣、高精度和高自主相對自主導航與控制、小推力轉移軌道、輕小型超高速再入返回、多模式長壽命電推進等關鍵技術;同時實現近地小行星近距探測、采樣返回和主帶彗星近距探測，為小行星起源及演化等前沿科學研究提供探測數據和真實樣品。”葉培建介紹。

完成這些使命的小天體探測器，將由主探測器和返回艙組成。“其中主探測器完成近地小行星轉移、繞飛詳查、采樣轉樣、返回地球、返回艙分離、主帶彗星轉移及科學探測全周期的飛行任務;返回艙則采用彈道式再入方式，選用‘球錐大底+單錐后體’氣動外形，通過‘氣動外形+降落傘’完成減速并著陸于地球。”葉培建說。

一次發射先后探測兩個小天體，設計了觸碰、懸停、附著等多種采樣方式

與眾不同的是，此次小天體探測器發射后，將“一箭雙雕”。葉培建透露，中國的小天體探測工程將通過一次發射，探測兩類目標，實現三種探測模式，即近距離探測、附著、采樣。

“探測器發射后將進入轉移段，隨后與小行星交會、近距離探測，再著陸、采樣后，進入返回段。探測器返程接近地球時，返回艙進入地球，而主探測器飛向彗星，隨后完成將近7年的探索。”葉培建說。

“但是，難點在哪兒?”葉培建話鋒一轉，“小行星直徑不過幾十米，幾乎沒有引力，所以首先要圍繞小行星在不同相位進行懸停探測，了解它的各種特性，繞飛探測來選擇可能著陸的地點，再通過接近段、采樣段‘走一步看一看’，最后到小行星上進行采樣。”

由于小天體的地面觀測數據極其有限，它的自旋特性、地形地貌、巖石和風化層、反照率、熱特性等參數目前都不知道，只能基于同類小天體數據推測，具有較大的不確定性。系統設計、驗證需適應很大的包絡范圍。

小天體探測，最引人關注的探測任務之一，莫過于采樣。葉培建介紹，目前對小行星“2016HO3”共準備了觸碰、懸停、附著等多種采樣方式，確保有一種方式能采樣成功，未來探測器在軌飛行時，將“邊探測、邊反演、邊確定采樣策略”。

另外，小行星的交會、下降、附著、取樣過程，還需要高精度全自主導航控制，包括高精度圖像導航技術、下降過程六自由度精確附著控制技術、視線導航和軌跡機動自主一體化設計技術等。

“在采集完小行星樣本后，探測器的返回艙將采用彈道式再入返回，再入速度約12千米/秒，這面臨高熱流、高焓、高剪切力、超音速開傘等惡劣條件，所以還需要研制新氣動外形和防熱材料。”葉培建說。(記者 金 鳳 張 曄)