2025年10月1日，我國國家航天局發(fā)布的一組“宇宙級合影”刷爆全網(wǎng)——天問二號探測器調(diào)用機械臂上的監(jiān)視相機，捕捉到了鮮艷的五星紅旗與藍色地球同框的畫面并傳回地球，白色返回艙在深空背景下格外醒目。

這張跨越4300萬公里的影像，不僅是對國慶的特殊獻禮，更標(biāo)志著中國行星探測工程已進入“多任務(wù)并行、跨天體探索”的新階段。

從天問二號的小行星采樣之旅，到兩年后天問三號的火星“往返票”，再到四年后天問四號對木星、天王星的深空遠征，中國航天正以清晰的節(jié)奏，揭開太陽系更多未知的面紗。

天問二號：4300萬公里外的“小行星獵手”，2027年底帶樣本回地球

作為中國首個小行星探測任務(wù)，天問二號自2025年5月29日從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空以來，已在軌穩(wěn)定飛行125天。截至10月，它與地球保持著約4300萬公里的距離，與目標(biāo)小行星2016HO3的距離約4500萬公里，正沿著地球至小行星的轉(zhuǎn)移軌道穩(wěn)步推進。

這個被稱為“地球準(zhǔn)衛(wèi)星”的小行星2016HO3，是人類目前發(fā)現(xiàn)的最穩(wěn)定的地球伴隨天體之一，其軌道與地球同步繞太陽運行，就像地球的“小跟班”，這為天問二號的探測和采樣提供了相對友好的條件。

天問二號的任務(wù)難度遠超此前的月球探測和火星環(huán)繞任務(wù)。它需要通過一次發(fā)射完成“探測-采樣-返回-再探測”四項核心任務(wù)：先對小行星2016HO3進行伴飛、成像、探測，隨后利用機械臂完成弱引力天體表面取樣（取樣量預(yù)計為數(shù)百毫克至1克），并將樣本封裝進返回艙。

2027年底，返回艙將獨自脫離探測器，以“半彈道跳躍式”再入地球大氣層，最終在內(nèi)蒙古著陸場完成回收。

之后天問二號的主探測器則會繼續(xù)飛向約3億公里外的主帶彗星311P，開展彗星形貌、物質(zhì)組分及噴發(fā)活動的探測——這是人類首次在單次任務(wù)中實現(xiàn)“小行星采樣返回+彗星探測”的雙重目標(biāo)。

為實現(xiàn)這些復(fù)雜操作，天問二號搭載了11臺先進科學(xué)設(shè)備，涵蓋光學(xué)、雷達、粒子探測等多個領(lǐng)域。其中，激光一體化導(dǎo)航敏感器能讓探測器在沒有地面實時測控的情況下，自主判斷與小行星的相對位置；多光譜相機和可見紅外成像光譜儀可繪制小行星表面礦物分布圖；探測雷達則能穿透小行星表層，分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

目前，探測器已完成采樣裝置展開、電子設(shè)備自檢等在軌測試，空間環(huán)境載荷也已開機獲取太陽風(fēng)、高能粒子等科學(xué)數(shù)據(jù)，所有狀態(tài)均符合預(yù)期。正如任務(wù)總指揮長、國家航天局局長單忠德所言，天問二號的每一步都在“突破關(guān)鍵技術(shù)、積累深空經(jīng)驗”——比如弱引力天體自主導(dǎo)航、小推力發(fā)動機長壽命工作、樣本在軌封裝與返回艙熱防護等技術(shù)，都將為后續(xù)火星、木星探測奠定基礎(chǔ)。

天問三號：2028年發(fā)射，2031年帶火星樣本回家，開放20公斤資源邀國際合作

如果說天問二號是“小行星獵手”，那么兩年后（2028年前后）發(fā)射的天問三號，將成為中國首個“火星快遞員”——它計劃在2031年前后攜帶至少500克火星樣本返回地球，這有可能會促使我國成為首個實現(xiàn)火星采樣返回的國家，也將填補人類對火星實地樣本研究的空白。

天問三號的任務(wù)設(shè)計堪稱“航天工程的精密交響樂”。它采用“雙探測器組合體”架構(gòu)，需要通過兩次長征五號運載火箭發(fā)射：第一次發(fā)射“軌返組合體”（軌道器+返回器），使其進入高度約350公里的環(huán)火圓軌道，軌道器將承擔(dān)火星全球探測、與上升器交會對接、攜帶返回器返回地球的任務(wù)，設(shè)計壽命不少于5年。

第二次發(fā)射“著上服組合體”（著陸器+上升器+服務(wù)器），著陸器將在火星烏托邦平原南部或埃律西昂平原等預(yù)選區(qū)域軟著陸，隨后通過三種方式完成采樣：機械臂在1.5米半徑范圍內(nèi)鏟取地表土壤，鉆機鉆至2米深提取深層巖石（避免火星表面氧化層干擾），小型移動采樣器則可在著陸點周邊數(shù)百米內(nèi)收集特殊巖石樣本。

采樣完成后，最關(guān)鍵的“火星軌道交接”環(huán)節(jié)將上演：上升器從火星表面起飛，進入環(huán)火軌道與軌返組合體對接，將樣本轉(zhuǎn)移至返回器；之后，軌道器攜帶返回器踏上約7個月的地火轉(zhuǎn)移之旅，返回器再以“深空跳躍”方式穿越地球大氣層，最終著陸回收。

整個過程需突破火星起飛、環(huán)火交會對接、行星際高速再入等多項“卡脖子”技術(shù)，其中火星起飛是最大難點——由于火星大氣稀薄，上升器無法像地球火箭那樣依靠大氣產(chǎn)生的升力，必須采用大推力、高精度的固體火箭發(fā)動機，且全程需自主控制，地面測控信號單程傳輸時間超過20分鐘，無法實時干預(yù)。

值得關(guān)注的是，天問三號從設(shè)計之初就秉持“國際合作”理念。2025年4月24日第十個中國航天日當(dāng)天，國家航天局發(fā)布《天問三號火星取樣返回任務(wù)國際合作機遇公告》，開放探測器20公斤質(zhì)量資源——其中軌道器15公斤、服務(wù)器5公斤，邀請國際伙伴搭載科學(xué)載荷。

目前，合作意向申報已進入關(guān)鍵階段，預(yù)計2025年10月確認(rèn)搭載項目，2027年內(nèi)完成正樣產(chǎn)品交付。這種開放姿態(tài)不僅能整合全球航天資源，更能讓人類對火星的認(rèn)知突破“單一國家視角”，比如歐洲空間局已表達興趣，計劃搭載火星大氣成分探測設(shè)備，與中國共同研究火星大氣逃逸機制。

天問四號：2030年遠征木星、天王星，順路探測金星，挑戰(zhàn)“太陽系長跑”

如果說天問二號和三號還在“地球近鄰”活動，那么2030年前后發(fā)射的天問四號，將開啟中國航天的“太陽系遠征”——它是中國首個木星及天王星探測任務(wù)，探測器命名為“甘德”（紀(jì)念中國古代天文學(xué)家，據(jù)傳其最早用肉眼觀測到木星衛(wèi)星），計劃從文昌衛(wèi)星發(fā)射中心出發(fā)，利用長征五號運載火箭的運力，實現(xiàn)“金星飛掠+木星環(huán)繞+木衛(wèi)四探測+天王星飛掠”的超長距離探測任務(wù)，整個任務(wù)周期預(yù)計超過10年，探測距離將突破20億公里。

天問四號的科學(xué)目標(biāo)聚焦于太陽系外行星系統(tǒng)的形成與演化：對木星，重點研究其磁層結(jié)構(gòu)（木星磁層是太陽系最大的磁層，比地球磁層大100倍）、木衛(wèi)四的大氣與表面冰層（木衛(wèi)四表面覆蓋著厚達100公里的冰層，冰層下可能存在液態(tài)海洋，是尋找地外生命的潛在目標(biāo)）。

之后天問4號會利用木星的引力彈弓效應(yīng)前往天王星，到達后將對天王星首次獲取其大氣成分、磁場結(jié)構(gòu)及光環(huán)系統(tǒng)的高清數(shù)據(jù)——天王星是太陽系唯一“躺著轉(zhuǎn)”的行星（自轉(zhuǎn)軸傾角98°），其獨特的自轉(zhuǎn)方式和大氣成分（以氫、氦為主，含甲烷）一直是天文學(xué)界的研究熱點，但人類至今僅在1986年由“旅行者2號”飛掠探測過一次，數(shù)據(jù)極為有限。

此外，天問四號在飛往木星的途中，因為加速需要會前往內(nèi)太陽系的金星附近，利用金星的“引力彈弓”效應(yīng)加速，這時它還將對金星進行飛掠探測，補充金星大氣逃逸、表面地質(zhì)活動的觀測數(shù)據(jù)，為研究類地行星的“宜居性演化”提供對比樣本。

為應(yīng)對超長距離探測的挑戰(zhàn)，天問四號采用“多模塊組合”設(shè)計：探測器包含木星環(huán)繞器、木衛(wèi)四環(huán)繞器和天王星飛掠探測器，還可能搭載木衛(wèi)四著陸器和中繼衛(wèi)星。

其中，木星環(huán)繞器將進入約10萬公里的環(huán)木軌道，利用高能粒子探測器、磁強計等設(shè)備研究木星磁層；木衛(wèi)四環(huán)繞器將降軌至近木衛(wèi)四軌道，通過可見光成像儀、近紅外光譜儀繪制冰層厚度圖，若條件允許，著陸器將嘗試在木衛(wèi)四表面軟著陸，開展冰層鉆探和成分分析；天王星飛掠探測器則會在接近天王星時，開啟所有科學(xué)載荷，在數(shù)小時內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集，隨后繼續(xù)飛向太陽系邊緣。

這種跨天體探測對探測器的可靠性、能源供應(yīng)和測控通信提出極高要求。天問四號將采用放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器（RTG）供電——利用钚-238衰變產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電能，可在遠離太陽、光照微弱的深空環(huán)境中持續(xù)工作；測控方面，將依托中國深空測控網(wǎng)（包括喀什、佳木斯、阿根廷深空站）和國際測控合作，解決20億公里外的信號傳輸問題（信號單程傳輸時間超過16小時）。

正如航天專家所言，天問四號的任務(wù)不僅是“探測行星”，更是對人類深空探測技術(shù)極限的挑戰(zhàn)，它將驗證超長壽命探測器設(shè)計、星際軌道優(yōu)化、深空自主控制等關(guān)鍵技術(shù)，為未來探測土星、海王星甚至太陽系外天體積累經(jīng)驗。

中國深空探測將開始領(lǐng)跑全球

從天問二號的“小行星取樣”，到天問三號的“火星往返”，再到天問四號的“木星-天王星遠征”，中國行星探測工程已構(gòu)建起“從近到遠、從簡單到復(fù)雜、從單次任務(wù)到多目標(biāo)協(xié)同”的發(fā)展路徑。

這三條并行的探測主線，不僅將填補人類對太陽系認(rèn)知的多項空白——比如小行星2016HO3的起源、火星中低緯度樣本的成分、天王星的磁場結(jié)構(gòu)，更將推動中國航天在深空探測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從“跟跑”到“并跑”再到“領(lǐng)跑”的跨越。

“天問”之名源自我國先秦詩人屈原的長詩，當(dāng)今中國人的探索精神，正跨越千年時空與古人的“問天”情懷共振。當(dāng)天問二號的返回艙在2027年底帶回小行星樣本，當(dāng)天問三號的返回器在2031年卸下火星“快遞”，當(dāng)天問四號在2040年前后向地球傳回天王星的高清圖像時，人類對宇宙的認(rèn)知邊界，也將因這些來自中國的探測任務(wù)而不斷拓展。

消息來源：央視新聞10月1日報道《五星紅旗與地球同框 國家航天局發(fā)布天問二號最新影像》