“中國航天日”新聞發布會介紹了中國航天發展情況，國家已經批復了行星探測工程，繼天問一號首次火星探測任務圓滿完成後，行星探測工程下一步即將開始小行星的探測，中國人探索宇宙的腳步將走得更遠。

我國目前已經開始著手小行星探測任務的實施，準備在2025年前後實施近地小行星2016HO3取樣返回和小行星帶中的主帶彗星311P環繞探測任務，實現近地小行星的繞飛探測、附著和取樣返回，希望通過一次發射探測兩類目標實現三種探測模式。

小行星（Asteroid或Minor planet）是太陽系內類似行星環繞太陽運動，但體積和質量比行星小得多的天體，包括主帶小行星、近地小行星、行星的特洛伊小天體、一部分海王星外天體以及一部分半人馬型小行星。

當人們將目光聚焦在月球上是否存在水、火星是否適合人類生存等前沿問題時，小行星也應該得到相應的重視。

一方面，從安全考慮，小行星可能會帶來毀滅性的災難。小行星的撞擊可能會帶來巨大災難甚至誘發生物滅絕，小行星撞擊說是最為流行的恐龍滅絕假說。但是目前為止，我們對小行星還是知之甚少。

另一方面，從科學的角度出發，小行星或許可以幫助我們探索太陽系形成的奧秘。由於小行星沒有大氣層，小行星上的隕石坑以及外來元素得以更好地保存，可以藉此對太陽系的演化進行深入的研究。地球上水的來源或許也可以從小行星中找到答案，不少小行星的表面都有水存在的痕跡，或許水就是在幾十億年前由小行星或彗星帶來的。

2016HO3是一顆地球共軌天體，同時環繞太陽與地球運轉，距離地球大約38到100倍地月距離，在過去百年甚至未來數百年內都會以現有模式在地球周圍環繞。而311P彗星是小行星帶中的主帶彗星，科學家們推測，地球上的水可能來自於小行星帶中的含水類彗星。小天體探測任務挑戰巨大，任務週期長、技術難度高，需要解決航天器長時間飛行、地面長周期管理、器地長距離通信等多個問題。

為了對小行星的自轉參數、形狀、地質形貌、表面組分、磁場環境等進行全面的探測，探測任務配置的科學載荷有中視場彩色相機、多光譜相機、熱輻射光譜儀、可見紅外成像光譜儀、探測雷達、磁強計、帶電粒子與中性粒子分析儀、噴發物分析儀等。

小行星普遍形成於太陽系早期，蘊藏著太陽系古老歷史的秘密，小行星探測對於揭示太陽系誕生和演化之謎有著不可或缺的作用，正因為對於小行星的研究如此重要，在我國製定小行星探測任務前，國際上小行星探測已有30多年曆程。

1991年，美國發射的伽利略號木星探測器對小行星951 Gaspra進行了飛越探測，使其成為第一顆被近距離觀測的小行星。在此之後，美、歐、日均展開了針對小行星的深空探測任務，任務模式主要分為飛越、繞飛、撞擊、著陸和返回五種。

表1 部分國際小行星探測任務基本信息表

目前我們對小行星的了解大部分來自於隕石樣本，但很難確定隕石樣本來源於哪個小行星。隼鳥號是世界上首架從小行星上帶回物質的探測器。2003年5月9日，JAXA成功發射隼鳥號探測器，計劃對小行星25143 Itokawa（糸川小行星）採集樣本並將採集到的樣本送回地球。

經過兩年多的飛行，隼鳥號於2005年9月12日抵達距離糸川小行星20km的預定軌道。同年11月20日和26日，隼鳥號2次短時間著陸糸川小行星，並嘗試進行採樣。雖然2次採樣均以失敗告終，但仍有部分土砂在著陸時飛濺入開口的密封艙。隼鳥號從特定的小行星採集樣本，彌補了實際觀測數據與實驗室分析之間的差距。

2007年4月25日，隼鳥號踏上返回地球的航程。2010年6月13日，隼鳥號重新進入地球大氣層，返回艙成功降落在澳大利亞南部伍默拉附近的沙漠地帶，探測器主體則在大氣層中燃燒殆盡。

根據JAXA的說明，在返回艙中發現了大約1500個來自糸川小行星的顆粒。2011年8月26日，Science 雜誌發布了6篇文章介紹隼鳥號的科學成果。通過對採集的顆粒進行分析，研究人員推測糸川小行星起源於一顆更大的行星，收集的顆粒已經在小行星表面暴露了大約800萬年。

為了完成科學目標，隼鳥號共配置了4台科學載荷，包括可見光譜成像儀（AMICA）、近紅外光譜儀（NIRS）、光學雷達（LIDAR）和X射線光譜儀（XRS）。

表2 隼鳥號科學載荷及探測任務（根據JAXA數據編輯）

在隼鳥號圓滿完成探測任務後，JAXA於2014年12月3日發射隼鳥2號探測器，計劃對小行星162173 Ryugu（龍宮小行星）採集樣本並將採集到的樣本送回地球，然後飛往小行星2001 CC21與小行星1998 KY26展開下一階段探測。

龍宮小行星是一顆原始的碳質近地小行星，有大量的碳酸鹽礦物，被認為保留了太陽系最原始的信息，可能包含水冰、礦物質、有機混合物等。對龍宮小行星的研究可以獲得更多關於太陽系內行星的起源和演化的知識，特別是地球上水和有機化合物的來源——可能就是由小行星或彗星撞擊地球帶來的，而所有這些都與地球上生命的起源有關。

在吸取了隼鳥號的經驗教訓後，隼鳥2號的探測任務進展比較順利。隼鳥2號分別進行了兩次採樣。第一次採樣將一顆鉭質子彈射向龍宮小行星表面，撞擊的小行星表層碎屑被收集進入採樣桿頂部的樣本收集器。

由於小行星表面長期受到空間風化，為了確定小行星表面與深層物質的差別，對小行星次表層進行了第二次採樣。隼鳥2號向小行星表面投下一個載有9.5千克炸藥的撞擊器，被扔下的撞擊器在半空中引爆炸藥，將一個純銅質薄板“砲彈”高速撞向小行星表面。巨大的撞擊在小行星表面留下了一個直徑超過10米、深約3米的人造撞擊坑。與此同時，為了不被誤傷，隼鳥2號留下一台相機監視爆炸、撞擊情況，本體躲避到小行星背後的安全地帶。塵埃落定後，隼鳥2號展開了第二次採樣。

2020年12月6日，樣品返回艙成功在澳大利亞伍麥拉試驗場降落，獲得總重5.4克的樣本。這是人類首次在小行星上成功完成多次著陸採樣，也是首次採集到小行星次表層樣本。經研究，龍宮小行星樣本含有水合物、多種有機物質和無機物質。

隼鳥2號還剩餘約30千克推進劑，並且各個系統工作狀態良好，因此將繼續探索旅程，計劃在2026年飛越小行星2001 CC21，於2031年抵達下一個目標小行星1998 KY26。

在遙感方面，隼鳥2號探測器本體攜帶了4台科學載荷（不包括著陸器等包含的科學載荷），包括近紅外光譜儀（NIRS3）、熱紅外成像儀（TIR）、光學導航相機（ONC）和激光高度計（LIDAR）。

表3 隼鳥2號本體科學載荷及探測任務（根據JAXA數據編輯）

除了隼鳥號以外，還有兩顆著名的小行星探測器，分別是黎明號和歐西里斯號。2007年9月27日，NASA成功發射黎明號探測器，目的是奔赴火星與木星之間的小行星帶，探測其中最大的兩顆原行星：小行星灶神星與矮行星穀神星。灶神星屬於岩狀天體，而穀神星則是典型的冰態天體。這兩顆天體都在太陽系歷史的早期形成，由於木星的強大引力而演化遲緩，沒能成為行星。通過對這兩顆天體截然不同的演化路徑進行對比研究，可以了解是什麼因素控制了天體演化。這是人類第一次環繞小行星帶的天體，也是第一次探訪矮行星。

經過四年左右的飛行，黎明號進入灶神星軌道，展開對灶神星長達14個月的繞飛觀測。經過全角度多方位的觀測，科學家們發現灶神星與大多數小行星不同，已經形成了金屬的內核、岩質的幔層和殼層。數據顯示，灶神星也是地球上隕石的最大單一來源。

隨後黎明號前往穀神星，並在兩年半後抵達。研究發現，穀神星可能擁有古代海洋遺跡，穀神星的地殼可能由冰、鹽、岩石和籠型水合物混合組成。2018年11月1日，NASA確認黎明號的燃料已經耗盡，結束了黎明號的探索旅程。

黎明號共配置了3台科學載荷完成兩個天體的探測，包括分幅相機（FC）、可見紅外成像光譜儀（VIR）和伽馬射線和中子探測器（GRaND）。

表4 黎明號科學載荷及探測任務（根據NASA數據編輯）

2016年9月8日，NASA成功發射歐西里斯號，這是正在執行的小行星1999 Bennu取樣返回探測計劃，其全稱（Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer，簡寫為OSIRIS-Rex）的中文釋義為“起源、光譜釋義、資源識別、安全、風化層探索者”。顧名思義，“起源”是指科學目標——研究行星的形成和生命的起源，“光譜釋義”是指通過多個光譜譜段的測量了解小行星的特點，“資源識別”是指根據光譜特點識別礦物資源，“安全”是通過測量亞爾科夫斯基效應預測小行星的軌道從而避免小行星撞擊地球，“風化層探索者”是指工程目標——從小行星表面取回風化層樣本帶回地球。

小行星1999 Bennu（貝努小行星）是有可能撞擊地球的小天體之一，被視為潛在威脅天體。了解貝努小行星的物理特性有助於未來開展避免小行星撞擊任務。從小行星採集的樣本有望使科學家進一步了解太陽系的形成與演化，包括行星的形成與地球生命的起源。

經歷四年多的飛行與探索，2020年10月20日成功完成採樣，預計在2023年將樣本送回地球。當取樣系統與小行星表面接觸時，會釋放氮氣將風化層顆粒吹入採樣器頭部。此外，採樣頭末端也被動收集了部分樣本。

歐西里斯號攜帶了6台科學載荷，包括相機套件（OCAMS）、可見紅外光譜儀（OVIRS）、熱發射光譜儀（OTES）、風化層X射線成像光譜儀（REXIS）、激光高度計（OLA）和取樣系統（TAGSAM）。

表5 歐西里斯號科學載荷及探測任務（根據NASA數據編輯）

2022年4月24日是第七個中國航天日，也是我國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”成功發射52週年紀念日。在這52年間，中國航天事業創造出一個又一個舉世矚目的中國奇蹟。我們邁向太空的腳步也在不斷前行，相信在不遠的將來，中國的探測器也將在行星探測領域畫上濃墨重彩的一筆。

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來源：中國科學院國家空間科學中心、中國科學院月球與深空探測總體部