“追星”成功 | 天问二号开展伴飞探测

我国首个专用小天体探测器天问二号探测器，历经约400天、行程约10亿千米的“追星”之旅，于2026年7月初与小行星2016HO3成功交会，并展开近距离伴飞探测。

小行星2016HO3，2026年7月2日，天问二号探测器在距离小行星约20千米处拍摄的小行星2016HO3图像

天问二号探测器于2025年5月29日在西昌卫星发射中心成功发射。2026年6月6日，探测器首次捕获到小行星；6月7日，在距离小行星3万千米处实施捕获控制，实现与小行星共面飞行；6月19日，到达距离小行星2000千米处。

任务概况

天问二号升空后将用3年时间完成对近地小行星2016HO3的近距离伴飞探测和采样返回，再用7年时间对主带彗星311P的伴飞探测。

它由主探测器与返回舱两大部分组成，其中主探测器用于完成近地小行星2016HO3轨道转移、伴飞探测、采样转样、返回地球、返回舱分离、主带彗星311P转移和伴飞探测等；返回舱通过气动外形+降落伞完成弹道式再入，把采集的近地小行星2016HO3样品带回地球。

天问二号由主探测器与返回舱两大部分组成

其工程目标有两个：一是突破微引力天体表面采样、高精度相对自主导航与控制、轻小型超高速再入返回、多模式长寿命高可靠电推进等关键技术；二是实现近地小行星伴飞探测、采样(触碰/悬停/附着)返回，及对主带彗星伴飞探测, 为小行星起源及演化等前沿科学研究提供探测数据和样品。

其科学目标有三个：一是测定小行星和主带彗星的轨道参数、自转参数、形状大小、热辐射特性等物理参数，开展轨道动力学研究；二是开展小行星和主带彗星的形貌、物质组分、内部结构以及可能的喷发物等研究；三是开展样品的实验室分析研究，测定样品物理性质、化学与矿物成分、同位素组成和结构构造，开展小行星和太阳系早期的形成与演化研究。

天问二号之所以选择探测小行星2016HO3，是因为小行星2016HO3是人类首颗地球准卫星，公转周期与地球近乎同步，轨道靠近地球，探测器抵达能耗更低，工程实施难度小。它直径仅30～40米、高速自旋，探测它可验证弱引力下伴飞、采样等深空关键技术。另外，探测它科学价值极高，因为它保留太阳系早期原始物质，光谱与月岩相近，学界争议其源自月球溅射或主带小行星，采样能破解起源谜题，厘清地月撞击与小天体演化史，还可探究地球水与有机质来源，填补近地准卫星实地探测空白。

平台性能

天问二号升空时的重量2.115吨。其中，主探测器配备了双翼结构的圆形柔性太阳翼、一副1.5米直径的高增益天线、一个机械臂和一台激励采样器等。

为了满足在距离太阳约3.75亿千米的主带彗星开展探测的供电需求，其上的一对圆形柔性太阳翼总面积共36平方米。这种设计能有效缩短太阳翼展开尺寸，降低传统长尺寸太阳翼在软着陆过程中的触地风险。其光电转换效率高达34%，可在太阳能稀薄的远日点（如主带彗星探测阶段）太阳弱光照条件下的能源供给。它能有效缩短太阳翼展开尺寸，降低传统长尺寸太阳翼在软着陆过程中的触地风险，极大地提高了探测器在小行星着陆（附着）任务中的可靠性。

天问二号上的监视相机拍摄的天问二号太阳翼完全展开后姿态

其推进系统为双模推进，一套化学推进系统用于大推力脉冲变轨、着陆制动，一套电推进系统用于长期深空飞行的小推力连续转移，以节省燃料。

返回舱最大直径约0.75米，用于将采集到的小行星样品安全带回地球。在漫长的星际旅行中，返回舱要面临极端的温度变化、高能粒子辐射以及复杂的空间环境等诸多挑战。为确保样品的完整性和安全性，返回舱外壳采用高强度、耐高温的复合材料，其内部配备了高精度的温控系统和减震装置，以确保样品在稳定的环境中被护送回地球。

2025年10月1日，国家航天局发布天问二号任务探测器在轨飞行期间获取的探测器与地球合影图像。此次发布的天问二号与地球合影图像由安装在探测器机械臂上的监视相机拍摄，鲜艳的五星红旗、白色的返回舱和远处蓝色的地球构成了一幅令人无限遐想的美妙画面

值得一提的是，返回舱再入大气的速度将达到到12千米/秒，这是我国首次尝试超第二宇宙速度地球再入。返回舱再入地球大气过程中需承受最高约12兆瓦/米2的热流，面临高热流、高焓、高剪切力等恶劣条件，并要保证在超高速条件下开伞。因为，采用了新的轻质功能梯度防热材料、轻质承力结构及分区域防热结构等，并研制了“球锥大底 +单锥后体”的构型。

科学载荷

为了实现科学目标，天问二号携带了11台科学载荷。

（1）中视场彩色相机用于对小行星进行全球成像。它有望测定小行星和主带彗星的自转参数、形状大小等物理参数，探测小行星和主带彗星的形貌。

（2）可见红外成像光谱仪能够探测到小天体表面可能存在的水、有机物等关键物质，为探索生命和地球水的起源提供重要线索。

（3）多光谱相机用于通过分析小行星反射的不同波长的光线，获取其表面物质的类型和分布信息，就像给小行星做了一次 “光谱体检”。

天问二号探测小行星示意图

（4）探测雷达用于获取小行星表层和次表层雷达回波数据。它有望探测小行星及主带彗星的内部结构。

（5）热辐射光谱仪通过测量小天体表面的热辐射光谱，研究其表面物质的热特性，从而推断物质的种类和结构。

（6）磁强计用于探测小天体周围的磁场环境。通过研究小天体的磁场，科学家可以了解其内部结构和物质组成。

（7）带电粒子与中性粒子分析仪用于研究小天体与太阳风相互作用时产生的粒子和灰尘现象。通过对这些数据的分析，科学家能够深入了解太阳风对小天体的侵蚀作用、物质传输过程以及小天体在太阳系环境中的演化机制。

（8）喷发物分析仪用于探测主带彗星的尘埃物理、动态特性及其空间分布特征，主带彗星挥发分及游离气体分子的特征。它有望探测主带彗星尘埃粒子大小、质量、速度等物理特性，以及可能的气体分子种类和含量。

（9）激光一体化导航敏感器用于实现小天体地形三维点云扫描，获取测距、测速及位姿测量数据。它有望探测小行星采样区的形貌，获取小行星样品的背景信息。

（10）窄视场导航敏感器用于获得小行星/主带彗星的形状、大小、表面形貌、自转特性及轨道等特征。它有望测定小行星和主带彗星的自转参数、形状大小等物理参数，探测小行星和主带彗星的形貌，获取小行星样品的背景信息。窄视场导航敏感器和激光一体化导航敏感器为工程导航和科学探测复用仪器，共同完成既定的科学探测任务。

（11）旋转衍射高光谱相机用于了解小行星和主带彗星表面的矿物种类及分布情况。

飞行过程

天问二号任务包含13个飞行阶段。其中，对小行星2016HO3的伴飞探测和采样返回包括9个阶段，在发射段顺利完成后，探测器进入小行星2016HO3转移段，这一阶段持续约1年，期间实施了深空机动、中途修正等操作，直至距离小行星约3万公里处。

天问二号飞行路线

随后，依次进入小行星2016HO3接近段、交会段、近距探测段（距离小行星2016HO3表面20千米）。在近距探测段按照“边飞边探、逐步逼近”原则，对小行星2016HO3伴飞探测1年，确定采样区后进入采样段。

完成采样任务后，探测器将经历返回等待段、返回转移段、再入回收段。返回舱与主探测器分离后于2027年底着陆地球并完成回收。与此同时，主探测器拉起飞向彗星，进入主带彗星311P转移段。它先利用地球引力弹弓效应进行一次加速，然后朝着火星的方向飞去。到达火星附近时再次借助火星的引力弹弓效应，改变自身的速度和轨道方向，飞向主带彗星311P。

经过7年飞行，主探测器进入主带彗星311P接近段，在2032年抵达距离主带彗星311P约2000千米处。此后，对 311P 进行至少一年的遥感探测及原位测量。接着，进入与主带彗星交会段，抵达距主带彗星表面20千米处进行近距探测段，直至完成科学探测任务、寿命结束止。

该地球彩色图由天问二号探测器的窄视场导航敏感器于2025年5月30日13点拍摄，经辐射校正、红绿蓝（558-631纳米、500-573纳米、434-477纳米）三波段图像配准和彩色合成处理后制作而成。拍摄时器地距离约59万千米

关键技术

天问二号任务最大特点在于任务目标多样，通过一次发射任务实现小行星2016HO3和主带彗星311P两个不同目标的“多目标、多任务、多模式”探测。要实现“一次发射、 两类探测目标、三种探测模式（伴飞、采样、返回）”，天问二号的任务复杂度远超以往深空探测，是一条人类探索宇宙的全新路径。

由于小行星2016HO3和主带彗星311P表面引力很小，而且对它们特性了解不多,为此，要突破高精度相对自主导航与控制、适应不同目标特性的微重力环境多方式采样、长时间小推力转移轨道设计与控制、轻小型超高速再入返回等核心关键技术, 以满足小行星微引力、不确定环境下的近距离伴飞探测和悬停、触碰采样需求。

天问二号对小行星采样示意图

在轨道设计方面，为了节省能量，小行星2016HO3采样返回任务采用“霍曼转移轨道+微引力伴飞+小推力连续转移+地球再入”的轨道设计；主带彗星311P探测任务需采用“地球借力+小推力连续转移+微引力伴飞”的轨道设计。

从小行星2016HO3的形状和自转状态看，对其取样的难度比较大。它呈细长不规则碎石堆形态，直径30～40米，引力分布极度不均，表面地形起伏复杂，可供平稳采样的平坦区域极少，探测器抵近易受引力畸变扰动偏移。其自转周期仅28分钟左右，转速极快，星体大部分区域离心力大于微弱引力，表层碎屑极易被甩离，仅两极存在稳定附着区域。

近距离悬停、定点着陆需多次姿态修正，导航控制压力陡增；且高速自旋叠加疏松结构，接触采样时极易弹飞探测器或扰动表层物质致样本流失，大幅提升了采样流程复杂度与任务风险，难度远超日本、美国探测的龙宫、贝努等慢速自转小行星。为此，天问二号与日本和美国小行星探测器采用“接触即离”的短时触碰采样方式不同，为了较好地适应小行星2016HO3地形等不确定性，以及表面不同大小的碎石粒径分布特性，天问二号除了触碰采样方式外，还具备悬停、附着采样模式，以实现不同目标特性条件下的可靠采样。

天问二号返回舱再入地球大气层时将采用无控弹道再入，这对分离精度、质量分布和气动特性提出了极高要求。其使用的不仅有化学推进系统，还采用了高效的离子电推进系统，以长期深空飞行的小推力连续转移，这在我国空间探测器上是首次使用，具有较大挑战。

该月球全色图由天问二号探测器的窄视场导航敏感器于2025年5月30日15点拍摄，经辐射校正处理后制作而成。拍摄时器月距离约59万千米

目前，探测器将逐步开展更精细科学探测，获取小行星形貌、物质成分、内部结构等信息，为做好采样准备提供支撑。期待天问二号顺利完成预定任务。

作者简介：庞之浩，全国空间探测技术首席科学传播专家，中国空间科学传播专家工作室首席科学传播专家，《国图公开课》航天系列演讲授课专家，中国首次太空授课专家组成员，《中国国家天文》杂志编委，多次参加中央电视台重大航天活动直播。2023年独自编著出版的《中国航天图文史》入选2024年经典中国国际出版工程，出版英文版；近年独自编著出版的“解密航天系列”科普丛书入选2025年“新发现·科普书单”。

来源：中国国家天文

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