中国国产飞船流浪太阳系 开启太空远征!(组图)

近年来小行星探测已经成为炙手可热的热门话题,然而真正专攻小行星探测的航天器却是少之又少。比如,俄罗斯也是航天强国,该国在分家以前对月球、金星、火星都有收获颇丰的探测工程,但他们在小行星探测领域却是零存在。

先驱者10号是人类第一个穿越小行星带的航天器

小行星在深空探测领域历来属于偏门科目,一则是各国探测需求不高,以往多是顺路飞越探测,再就是有一定的技术门槛。

日本作为航天资源有限国家,难以在载人航天、大规模月球探测领域有太多建树,因此他们就选择耗资相对较少,但却能干出成绩的小行星探测领域专攻精练。先后于2003年、2014年发射隼鸟一号、二号小行星探测器,两部探测器的使命都是对小行星进行环绕、附着采样、返回任务,其中隼鸟一号更是成为全球第一个把小行星物质带回地球的航天器,隼鸟二号也将于2020年进入返回地球轨道。

隼鸟二号

我国在小行星探测领域也没有缺席,九年前发射的嫦娥二号原本执行的是嫦娥三号落月任务区高清成像工作,但在任务执行完毕后又实施了一系列拓展任务,其中就包括对距离地球约700万公里的图塔蒂斯小行星进行飞越探测,最终以3.2公里距离飞越了这颗小行星,创下了世界范围内小行星飞越探测的最近距离纪录。

嫦娥二号飞越图塔蒂斯小行星

近日,航天科技集团空间技术研究院又披露了我国又一个规模宏大的小行星探测任务,我们计划在2022年使用长征三号乙运载火箭发射一艘深空探测飞船,该飞船将用一年时间飞抵距离地球约3000万公里的一颗名为2016HO3的小行星,该小行星也被称为“准地球卫星”,之后对该星进行为期一年的环绕探测,并择机通过机械臂进行登陆采样。

我国小行星探测任务飞行程序

2016HO3小行星探测任务完毕后飞船将进入返回地球轨道,抵达地球后携带小行星样本的返回舱与飞船分离再入地球大气层,飞船本体依靠引力弹弓效应以约32马赫的第二宇宙速度划过地球边缘向火星飞去,之后再借助火星引力弹弓向小行星带进发,最终抵达133P主带彗星环绕轨道进行原位探测。

我国探测器将于2031年抵达小行星带

这将是一个任务行程超过40亿公里,为期十年的太阳系流浪之旅,一次发射完成两颗地外天体的近距离探测,对探测器的设计寿命提出了更为严苛的要求。为了适应超长任务周期超远距离深空探测,国产小行星探测器还将配置大功率电推发动机,此类发动机已经应用于多款业务卫星,它可以在行进间长期点火加速,而且携带的燃料量相较于传统推进剂要少得多,因此探测器尺寸重量都可以做得更小。

小行星采样返回任务不同于月球亦或者火星,主要有三大任务差异:

我国小行星采样返回飞船

第一,小行星探测器建立绕飞轨道难

建立绕飞轨道是航天器对小行星长期探测以及实施采样返回任务的基础条件。所谓小行星绕飞轨道并不是指航天器被小行星引力捕获的轨道,由于小行星引力极为微弱,所以一般很难直接建立绕飞轨道,实际上航天器与小行星运行在两条完全独立的飞行轨道,只是因为航天器保持了与小行星大致相同的轨道周期,同时基于轨道偏心率的不同,进而实现视觉上的绕飞。

比如2016HO3小行星就是这种绕飞轨道的实践者,人们认为这是一颗围绕地球运转的“准卫星”,为什么加一个“准”字,因为它并非基于地球引力对地球绕飞,而是基于太阳引力与地球伴飞,但因为偏心率不同,所以形成了视觉上对地球的绕飞现象。

伴星二号拍摄的天宫神舟组合体

中国人办事向来讲究事半功倍,要么不干,要干那就一定是胸有成竹。我国早在十一年前就曾在神舟7号载人飞船任务中搭载了伴星一号小卫星,实现了对神舟7号飞船的伴随飞行,尔后又在天宫二号任务中释放伴星二号小卫星,实现对天宫神舟组合体的绕飞运行。航天器伴随飞行技术即可用于近地轨道航天器在轨监视,也可用于小行星绕飞轨道的建立。

我国小行星样本将乘坐返回舱返回地球

第二,小行星登陆原理与月球火星完全不同

由于小行星引力微弱,因此与其说是登陆小行星,倒不如说是与小行星进行交会对接。但又迥异于空间交会对接任务,航天器交会对接是建立在双向数据传输匹配的基础上,而小行星无法与航天器进行双向数据传输,因此小行星可以看作是非合作目标。

航天器在轨捕获

由此笔者联想到长征七号首飞载荷中的遨龙一号,该航天器配置有六自由度空间机械臂专门用于抓取非合作空间目标,可以用于清理太空垃圾,或者其他军用非合作目标。我国小行星探测器也配置了类似的空间机械臂,由此看来我们已经具备登陆小行星的物质基础。

第三,深空测控难

通过公开的小行星探测方案可知,该探测器将由长征三号乙运载火箭发射,由此可知此前我国迟迟没有启动火星探测计划的核心原因并非是火箭,主要还是彼时深空测控距离还无法触达火星。

长征三号乙运载火箭

精准的测控能力更是决定小行星探测任务成败的关键要素,要知道随着距离增加测控精度就无可避免的下降,比如美国多次小行星飞越探测距离都在数百乃至上千公里。

我国已经建成布局全球的深空测控网,在这张空天大网中部署有直径达66米的大口径测控天线,位于贵州的FAST天眼射电望远镜也可以发挥深空测控功能,同时国内还有配置多部大口径射电望远镜的VLBI天文观测网。

佳木斯深空站66米口径天线

它们都是我国深空测控体系组成部分,最远测控距离已经可以触达太阳系边缘,不论是距离地球数千万公里的2016HO3小行星亦或者数亿公里之遥的133P彗星都在我们的掌握之中,反观日本小行星探测任务的测控还需要依赖美国NASA。

VLBI天文观测网65米口径天线

虽然小行星探测有诸多技术难点,但这并不代表小行星探测相较于月球或者火星探测更艰难。比如,从小行星起飞采样返回就容易得多,因为小行星引力微弱只需较小推力发动机就可以起飞进入返回地球轨道,而嫦娥五号为代表的月球起飞任务就要艰巨得多,因为要克服数万倍于小行星的引力数值,所以需要配置大推力月面起飞发动机,同时月球工作环境也要更加恶劣,极低温与极高温交叉作用对航天器元器件工况要求更为严苛。

嫦娥五号月球采样返回飞船

去年我国航天以39次轨道发射成绩夺得全球航天发射榜冠军头衔,今年发射次数依然保持在高位运行。以今年年底12月30号为开端我国航天将迎来新一轮爆发式增长,长征五号遥三火箭复飞,明年还有国营与民营航天公司研制的长征五号B、朱雀二号、长征八号等近十款新型火箭首飞,其中不乏火星一号、嫦娥五号、新一代重型载人飞船等重量级项目,然而火爆的2020年也仅仅是一个开始。

钱学森

巡天

三峡

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