中国计划在未来五年里发射一个小行星探测器和两个月球探测器。本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Elizabeth Gibney，头图来自：视觉中国


近年来，中国航天事业迎来了大丰收，但它未来的蓝图将更加宏伟。日前，中国国家航天局发布了未来五年的规划，包括发射一颗小行星探测器，建设比肩“哈勃”的空间望远镜，为部署空间引力波探测卫星打好基础。


上述任务详细列入了今年1月发布的《2021中国的航天》白皮书中。中国科学院高能物理研究所天文学家张双南介绍，白皮书延续了之前的理念，即重点发展以科学探索为核心的任务，而不是以技术开发和应用为核心的任务。张双南表示，“这是个可喜的信号，说明对宇宙探索的投入会继续增长。”


《自然》关注了白皮书中最艰巨的五项任务。


造访小行星


中国计划发射小行星探测器，完成近地小行星采样，并研究轨道与小行星类似的冰质彗星。该探测器可能以明朝探险家郑和命名为“郑和号”，将开启中国造访小行星的序幕，最早或于2024年发射。“郑和号”是继日本“隼鸟号”小行星探测器系列、美国航天局（NASA）“奥西里斯-Rex号”之后的又一个小行星探测器。“奥西里斯-Rex号”拟在明年将太空岩石样本返回地球（相关阅读：在小行星贝努可能撞击地球之前，美国宇航局决定先“下手”）。



“郑和号”的飞行寿命预计为十年，第一着陆点是一颗名为HO3（又名Kamo‘oalewa）的小行星，这是一颗绕地旋转的准卫星（见上图）。科学家希望能从这颗小行星身上了解早期太阳系的情况。


《自然-天文学》（Nature Astronomy）去年发表的一篇correspondence文章[1]介绍，“郑和号”会先登陆HO3，再进行采样。“郑和号”将于2026年返回地球轨道，由降落伞将样本带回地面。随后，“郑和号”会借助地球和火星周围的引力弹弓效应，向深空彗星311P/PANSTARRS进发。


建设月球站


继成功采回上世纪70年代以来的第一份月球样本后（相关阅读：嫦娥五号带回家的样品改写月球历史），中国再接再厉，又在2021年12月批准了另外三项探月任务，目标均为月球南极，那里也是中国计划建设月球科研站的地点。


拟定于2024年发射的“嫦娥七号”将详细探测月球南极，具体工作包括绘制阴影坑的冰盖分布图。“嫦娥六号”也将紧随其后，计划采返极区月壤样本。月球冰盖是一片宝藏，科学家能用它研究月球历史，勘探专家则希望它能成为火箭燃料，并为月球站供能。


“嫦娥八号”的关键技术攻关也蓄势待发，但预期发射时间要到2030年。载人国际月球科研站是中国探月工程2025年后的重点任务。在发布白皮书的新闻发布会上，国家航天局副局长吴艳华介绍，中俄两国有望今年签署联合建设月球科研站的政府间协定。但吴艳华强调，月球站将向所有国家开放。


吴艳华还表示，中国希望在探月工程、天宫空间站（在建）、行星探测等方面拓展和深化国际合作。


从火星到深空


“天问一号”环绕器的发射是中国在行星际探测领域的首秀；2021年5月，“天问一号”向火星投放了载有“祝融号”火星车的着陆器。白皮书指出，中国将完成火星采样返回技术攻关。相关探测器或于2028年发射。


（NASA的“毅力号”火星车在2021年采集了首批火星岩石样本，并计划在2026年与欧空局合作开展的任务中将样本取回。相关阅读：好耶！NASA毅力号成功取到第一块火星岩芯｜敲敲，你有个火星来的快递（十年后到））


白皮书还列出了中国逐步向太阳系进军的规划。未来五年间，中国将完成关键技术攻关，发射木星系探测器，探索木星及其存在海洋的卫星系统。据媒体报道，木星探测器最早或于2029年发射——也就是说，届时中国的探测器将加入欧空局“冰质木卫探测器”（JUICE，预计2023年发射）和NASA“木卫二快船探测器” （Europa Clipper，预计2024年发射）的探测队伍。张双南表示：“深空当然是中国认为能获得很多科学突破的另一个领域。”


“巡天”空间望远镜：又一个“哈勃”


中国还计划架设“巡天”空间望远镜，其成像波长为紫外线、可见光和红外线，与NASA的“哈勃”空间望远镜相同。


“巡天”略小于“哈勃”，像素也比“哈勃”低一些，但其视场（图像采集的天区面积）是“哈勃”的300倍。参与“巡天”项目的詹虎介绍，由于视场更大了，“巡天”探索的宇宙范围将比“哈勃”广得多。


“巡天”投入使用后，前十年的主要工作是大范围巡视天区，了解宇宙的历史和演化。“巡天”将定期与天宫空间站对接，进行燃料补充和设施维护。詹虎介绍，“巡天”团队计划于2023年底完成交付，2024年完成发射准备。他说：“目前的工作进度很紧张。”


探测空间引力波


中国还将继续发展太极计划，预计在2030年后完成架设空间引力波探测星组。若能如期完成，这将成为首个空间引力波探测星组。比起高新激光干涉仪引力波天文台（Advanced LIGO）等地基探测器，这类空间探测装置能探测到频率更低的引力波，进而发现质量更大的黑洞，包括宇宙早期形成的黑洞。


然而，整个实验非常复杂：捕捉时空中的涟漪，相当于要在两两相距300万千米，排成三角形的三个航天器之间，感知到百亿分之一米的变动。


2019年，首颗实验卫星“太极一号”圆满完成了任务；目前，研究人员计划于2024~2025年执行一次双星任务，验证多项核心精度技术。中国科学院大学物理学家吴岳良介绍，该任务将为太极计划的最终实现扫除所有技术障碍。


欧空局自主运行的引力波观测台——空间激光干涉仪（LISA）已经酝酿许久，且已成功发射一颗探路者卫星，但LISA正式就位的时间不会早于2037年。LISA任务的研究人员表示，太极计划和LISA可以一起用于测量哈勃常数（描述宇宙膨胀的常数），其精度将远超地基探测器。


参考文献：1. Zhang， T. et al. Nature Astron. 5， 730–731 (2021).

原文以Asteroids, Hubble rival, and Moon base: China sets out space agenda为标题发表在2022年2月18日《自然》的新闻版块上，© nature，doi: 10.1038/d41586-022-00439-2


本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Elizabeth Gibney