“天問二號”開啟10年探“星”路！“宇宙勘探套裝”中有南大教授參與研發(fā)的分析儀

交匯點訊 北京時間5月29日凌晨1時31分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征三號乙火箭發(fā)射“天問二號”小行星探測器。“天問二號”計劃通過一次發(fā)射完成多項探測任務(wù)，對小行星2016HO3進(jìn)行伴飛、取樣并返回地球，以及對主帶彗星311P開展伴飛探測。

此次飛行任務(wù)需要跨越4億公里，飛行時間長達(dá)十年之久。探測器搭載的10種科學(xué)載荷堪稱“宇宙勘探套裝”——透視小行星物質(zhì)成分的可見紅外成像光譜儀、可捕捉天體溫度密碼的熱輻射光譜儀、像“太空金屬探測器”般掃描磁場痕跡的磁強(qiáng)計、解碼粒子微觀世界的帶電粒子與中性粒子分析儀……它們將在10年追“星”路中對目標(biāo)天體進(jìn)行全方位的觀測和研究。

據(jù)了解，南京大學(xué)、南京航空航天大學(xué)有科研人員參與到這些科學(xué)載荷的研制中。記者邀請參與過“天問二號”科學(xué)載荷研制的科研人員、南京大學(xué)深空探測科學(xué)與技術(shù)研究院教授孔令高進(jìn)行了科普。

他參與研發(fā)的分析儀也是此行“乘客”，將在太空“捕捉”粒子進(jìn)行“解碼”分析

南京大學(xué)深空探測科學(xué)與技術(shù)研究院教授孔令高在中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心工作多年，他作為副主任設(shè)計師參與研發(fā)的帶電粒子與中性粒子分析儀，正是跟隨“天問二號”一起飛向太空的“乘客”之一。

孔令高告訴記者，天問二號帶電粒子與中性粒子分析儀的主要目標(biāo)，是去探測小行星以及主帶彗星周圍的帶電粒子環(huán)境和中性氣體環(huán)境，包括這些粒子的能量、方向和成分信息。

專家解釋，處于宇宙空間的小行星和主帶彗星，沒有像地球上厚厚大氣層和地磁場的保護(hù)，會持續(xù)受到太陽“吹”過來的高速太陽風(fēng)的轟擊。太陽風(fēng)是速度在幾百公里每秒以上的帶電粒子流。這些帶電粒子轟擊小行星或主帶彗星表面以后，會反射或濺射出帶電粒子。太陽風(fēng)還會從主帶彗星 “吹”出來一些中性氣體成分(來自主帶彗星表面或者內(nèi)部)圍繞主帶彗星周圍。

“探測原理簡單來說，可以理解為通過一些特殊設(shè)計的感應(yīng)元件，感應(yīng)信號的強(qiáng)度大小對應(yīng)粒子的能量;感應(yīng)信號發(fā)生的位置對應(yīng)粒子的方向;感應(yīng)粒子的飛行速度來區(qū)分成分信息。”孔令高打了個比方，就好比瘦子跑得快，胖子跑得慢?！笆葑印睂?yīng)個頭小，也就是質(zhì)量數(shù)小的粒子，“胖子”對應(yīng)個頭大，質(zhì)量數(shù)大的粒子。

科學(xué)家給儀器穿好了“衣服”，確保在冷熱交替的環(huán)境下穩(wěn)定工作

2020年，我國曾經(jīng)成功發(fā)射“天問一號”，并且成功實現(xiàn)在火星表面的軟著落，傳回了大量的科研數(shù)據(jù)。此番發(fā)射“天問二號”，并將探索的目標(biāo)定在小行星和主帶彗星，飛行難度再次上升了不少。不少航天愛好者都表示好奇，小行星、主帶彗星的環(huán)境與火星不同，儀器如何確保在微重力、高低溫等極端條件下穩(wěn)定工作?

孔令高解釋，天問二號將要探測的小行星和主帶彗星比火星小很多，都屬于個頭很小的天體。它們在環(huán)境上最大的區(qū)別是，火星有較為稠密的大氣，小行星幾乎沒有，主帶彗星會有一些，但是會非常稀薄。在小行星、主帶彗星周圍工作的儀器面臨的主要極端環(huán)境是高低溫交變?！耙簿褪翘柟庹丈鋾r會很熱、沒有太陽光照時很冷。對此，我們采取的措施主要有兩個方面，一方面是儀器采用的材料和元器件要具有較好的耐高低溫的能力，另一方面會給儀器‘穿’一層特殊的‘衣服’，再結(jié)合飛船提供一些的額外保護(hù)措施，確保儀器穩(wěn)定工作?！?/p>

“十年磨一劍”探索太空未知，他要把大國擔(dān)當(dāng)講給更多學(xué)生聽

“天問二號”的太空探測將耗時十年。用這么長的時間探索未知，到底值不值?孔令高表示，開創(chuàng)性的工作沒有“值不值”，“我們國家發(fā)展到這個階段了，需要為全人類的認(rèn)知做貢獻(xiàn)，這是大國的擔(dān)當(dāng)?！彼嬖V記者，通過對小行星和主帶彗星上的粒子進(jìn)行探測，我們可以更好了解太陽風(fēng)是如何影響這些小天體的演化的，揭示小天體的來源、歷史和未來演化方向等關(guān)鍵科學(xué)問題。甚至通過成分信息的探測還有助于我們了解生命起源的蛛絲馬跡。這些探測成果將加深公眾對于太陽系內(nèi)天體和環(huán)境的認(rèn)知，滿足人類的求知欲。同時也會引導(dǎo)人們思索其與地球環(huán)境的不同，激發(fā)保護(hù)美麗家園——地球的熱情。

“現(xiàn)在我依然是這臺儀器科學(xué)研究團(tuán)隊的專家，參與儀器定標(biāo)以及后續(xù)的科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用工作?！笨琢罡?003年從南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院本科畢業(yè)后，一直在中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心深造和工作。2023年9月，他選擇回到南大，在南大蘇州校區(qū)繼續(xù)自己的科學(xué)研究。

“過去的20多年，我的科研和工作內(nèi)容都和航天環(huán)境探測相關(guān)，參與了嫦娥一號、嫦娥二號、天問一號、天問二號、中國空間站等多個重要的航天項目。這些實戰(zhàn)的科研經(jīng)歷對于我現(xiàn)在的教學(xué)很有幫助?！比缃?，孔令高會在課堂上介紹我國自己的探測計劃項目，以及所學(xué)知識在科研過程中的實際應(yīng)用?！皩W(xué)生們聽起來更直觀和生動，期待著能夠激發(fā)更多學(xué)生投入中國的航天事業(yè)，繼續(xù)從事深空探測研究。”孔令高說。

鏈接：南京航空航天大學(xué)多團(tuán)隊參與天問二號任務(wù)的研制

天問二號探測器的主載荷之一熱輻射光譜儀——肩負(fù)著科學(xué)探測和支撐工程實施兩方面的重要任務(wù)，由航天五院508研究所和南京航空航天大學(xué)聯(lián)合研制。南航科研團(tuán)隊結(jié)合熱輻射光譜儀的特性，針對干涉數(shù)據(jù)處理、光譜定標(biāo)、探測數(shù)據(jù)優(yōu)化方法、小行星表面溫度及發(fā)射率高精度反演等問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了數(shù)據(jù)處理方案，研制了支撐工程應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，為工程實施和后續(xù)科學(xué)發(fā)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

南航科研團(tuán)隊還參與了天問二號機(jī)械臂相關(guān)研究，提出了一種剛?cè)狁詈系男菐r表面錨固方案，為探測器在2016HO3小行星上的附著與采樣功能的實現(xiàn)提供了有力的技術(shù)支撐，助力我國首次小天體探測任務(wù)的順利實施。

新華日報·交匯點記者 楊頻萍