花65亿去小行星挖土，值吗

付毅飞

本努是一颗保存完好的古老小行星，目前距离地球超过3亿千米。它能够为科学家提供探索早期太阳系历史的样本，因为它早在数十亿年前就已初具雏形，并可能曾经帮助播种了地球上的生命北京时间2020年10月21日清晨，已经在太空飞行了4年的冥王号探测器OSIRIS-REx（Osiris是古埃及神话中冥王的名字）成功从目前距地球334亿千米的贝努小行星上，收集了一些尘埃和碎石。这次采集任务预计将耗时7年，耗资约65亿元人民币（超过10亿美元），目的只为从小行星上取回“一把土”。这难免让人疑惑，付出这么大代价，值得吗？

在中国航天科工集团二院研究员杨宇光看来，当然值得。这是一次意义重大的“太阳系考古”。中国科学院国家天文台研究员郑永春对这次任务后续的科学研究充满期待：“冥王号可以采集至少60克样品，这个量已经很多了，样品类型也会比较丰富，可以开展很多非常系统的研究，至少可以研究几十年。”

在贝努小行星上采样的冥王号小行星上藏有太阳系的古老遗迹

对地球来说，近地小行星是一种危险的存在。它们在太空中风驰电掣，不时与地球擦肩而过，让人心惊肉跳。不过这些鲁莽的家伙并非一无是处，它们身上也藏有科学家梦寐以求的东西，比如太阳系最古老的遗迹。

太阳系形成之后，尘埃碰撞汇聚，形成了行星、矮行星等天体，还有些粉末碎屑成为小行星。虽然都诞生于太阳系形成之初，但相比之下，行星中含有很多放射性元素，会产生热量，从而导致星体演化、熔融，就慢慢将太阳系初期的历史湮没了;而能量小、热量少的小行星，基本上没有发生过演化，仍保留着太阳系形成之初的状态。对它们展开研究，有助于探寻太阳系最早期的面貌。此外，随着航天技术的发展，人类也产生了对小行星资源进行开发利用的想法。

出于上述目的，人们开始在茫茫太空中寻找探测目标。但选择目标时，需要考虑几个因素。

从工程角度，首先要考虑可行性。例如项目预算下能使用多大推力的火箭，能把探测器送到多远的地方，以此划定一个选择范围。如果要登陆采样，那么小行星的自转速度就不能太快，以免增加任务难度和风险。

同时，还要从探测价值方面考虑。太阳系的小行星有近地小行星、主带小行星等多种类型，其成分、轨道分布等都有差异。在能力有限的情况下，一定是尽量选择此前没有探测过、本身具有一定特点、在科学上或对未来开发有足够高价值的小行星作为探测目标。

综合考虑各种因素，一颗发现于1999年，编号为1999RQ36的近地小行星贝努，成为冥王号的探测目标。贝努是一颗富碳小行星，直径近500米。它距离地球最近时约有750万千米。贝努的年龄超过45亿岁，并未经历过剧烈的演化，意味着它表面和内部的物质都是太阳系诞生之初产生的，其成分很可能包含着生命最初在地球上形成时的物质。研究这样的小行星，有助于科学家认识早期的太阳系，探索包括地球的形成方式，以及生命起源等问题。

小行星贝努的这张照片图像由冥王号探测器于2018年12月2日在距离小行星表面24千米的地方拍摄的12张照片拼接而成

全新“接触即离”方式几秒完成采样

冥王号是美国首个小行星采样返回探测器，于当地时间2016年9月8日发射升空，2018年1 2月飞到贝努小行星附近。冥王号此行有几个科学目标，包括从贝努表面采回足够量的风化层物质，绘制原始碳质小行星的全球特性、化学特性、矿物学分布情况图，在采样地点记录风化层的质地、形态、星体化学和光谱特性等。

采样区的选择，主要有两方面要求：一是希望样品有特点、信息丰富，具备更高的科学价值;二是必须有一块面积较大、地势平坦的区域，才能保证安全。经过综合考虑，冥王号选择了名为夜莺的采样区。此次采样采用“接触即离”方式，整个任务过程历时约4.5小时，表面采样过程仅用时约6秒。其间，冥王号并没有着陆，而是在接近目标时伸出采样机械臂，用机械臂末端的采样器完成了采样，然后迅速飞离。这种方式省去了采样前着陆、固定，以及起飞前解锁的过程：探测器的惯性下落也能为采样提供助力。

此外，冥王号的采样器还采用了一项全新技术。采样器在接触小行星地表前，会喷射出纯氮气体，把贝努表面的部分表土层物质吹入样品返回舱;采样器在接触到小行星地表时，也可以取得一部分样品。冥王号携带了3罐氮气，能满足3次采样尝试。地面模拟试验表明，它能够采得超过60克样品。由于相距遥远，无法在地面实时控制，这些复杂的采样操作都由探测器自主实施。根据科学家估计，探测器在采样过程中，掘进贝努粗糙、易碎的表面约48厘米深，采集了大约400克样本。

采样完成后，冥王号计划于2021年3月踏上归途，在2023年9月将重达46千克的采样返回舱送回地球。不过它不会再入地球大气层，而是在进入大气前4小时释放采样返回舱，随即进行碰撞规避机动，让采样返回舱独自回到地面。冥王号自己则进入环绕太阳的轨道继续飞行。

月球与小行星采样各有难点

冥王号并不是人类第一个在小行星上采样的探测器。

2003年5月，日本发射隼鸟号探测器，几经波折，从糸川小行星上采集到约100毫克尘埃，于2010年6月返回地球。2014年12月，日本又发射了隼鸟2号探测器，于2019年2月在龙宫小行星着陆采集表面样本，并发现了水合矿物質。同年4月，隼鸟2号向龙宫发射了一枚金属弹，收集了被激起的物质，并于2020年12月将小行星样品送回了地球。

相比日本这两次小行星采样计划，冥王号项目除了科学目标不同，在采样、降落导航等方面也采用了全新的技术，同时在伴飞距离上大幅缩短。此外，约400克的样品采集量，也堪称人类小行星采样量之最。

近年来，各国纷纷启动行星探测计划。我国就成功实施了嫦娥五号的月面自动采样返回任务。那么，月球与小行星在登陆采样方面有何不同呢？

行星或矮行星的个头大、引力大，着陆及采样方式与小行星任务并不相同，因而在整个任务的工程设计上都不一样。

从飞行器设计角度来说，冥王号和普通轨道飞行器没有太大差异，主要是增加了一些在微重力条件下采样的设备。而行星的巨大引力会导致探测器环绕和降落的速度非常快，这就给工程带来很大难度。尽管如此，小行星采样也有许多技术挑战。小行星在行星学中被称为“非合作天体”，由于其几乎没有引力，跟探测器之间没有相互作用，因此要实现对小行星的伴飞、环绕以及着陆，完全要依靠探测器自身的动力。这对探测器的姿态调整及控制精度提出了很高要求。此外，小行星距离地球较远，近地点时往往也相距数百万千米，远大于月球与地球之间的距离，加上其目标小、速度快，都给探测任务的轨道设计增加了难度。

我国也在开展小行星探测关键技术攻关。根据目前的计划，我国将发射一个探测器，先环绕近地小行星2016H03飞行，再择机登陆采样，将样品返回舱送到地球附近释放。随后探测器继续飞行，借助地球和火星引力到达小行星带，对名为133P的主带彗星进行探测。

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