探測近地小行星：從取樣到模擬

文／李禾

對于支持航天任務(wù)、發(fā)展近地小行星就地資源利用技術(shù)、發(fā)展行星防御技術(shù)等，小行星模擬技術(shù)都至關(guān)重要。中國將在未來幾年內(nèi)啟動第一個小行星探測任務(wù)，目標(biāo)是從代號為2016 HO3的近地小行星（國際永久編號為469219）上取樣并返回，繼而對主帶彗星311P/311P/PANSTARRS進(jìn)行繞飛觀測。由于對2016 HO3小行星表面形貌和表面性質(zhì)欠缺了解，該任務(wù)的取樣操作可能面臨巨大挑戰(zhàn)。

《空間科學(xué)與技術(shù)》期刊近日發(fā)表論文《近地小行星2016 HO3表面材料和形貌的原型模擬樣開發(fā)》，介紹了錢學(xué)森實驗室張曉靜團(tuán)隊開發(fā)了近地小行星2016 HO3表面材料和形貌的高仿真模擬樣。

2016年4月27日，望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了近地小行星2016 HO3。航天器觀測表明，與表面主要被細(xì)粒風(fēng)化層覆蓋的體積較大的小行星不同，小體積小行星（直徑小于1千米）的表面主要被較大粒度的碎礫覆蓋，局部存在風(fēng)化層。鑒于小行星2016 HO3的直徑在40—100米之間，其表面很可能覆蓋著幾厘米至幾十厘米的碎礫，以及微米級至毫米級的微粒。

通過對小行星的觀測，研究人員發(fā)現(xiàn)S—型小行星與普通球粒隕石兩者具有相似的礦物學(xué)特征。普通球粒隕石富含硅酸鹽，也是迄今為止數(shù)量最多的隕石。依據(jù)總鐵含量進(jìn)行化學(xué)成分分組，這些隕石被分為H群（高鐵球粒隕石）、L群（低鐵群球粒隕石）和LL群（低鐵低金屬球粒隕石），在整個球粒隕石類別中，分別占比為42.8%、47.4%和9.8%。

目前尚不確定小行星2016 HO3屬于哪一分組，因此，張曉靜團(tuán)隊利用地球上的巖石和礦物，根據(jù)不同種群隕石的礦物組成，開發(fā)出QLS—1、QLS—2和QLS—3三種原型模擬樣，分別對應(yīng)H、L和LL三種球粒隕石。

論文指出，由于尚不清楚小行星2016 HO3的形貌，開發(fā)2016 HO3原型模擬樣旨在復(fù)現(xiàn)小行星表面的光學(xué)特性和碎礫結(jié)構(gòu)，故以小行星Itokawa為參考。研究人員通過篩分、混合礫石（幾厘米至幾十厘米）和微粒，使得顆粒的尺寸分布大致匹配小行星Itokawa上測量到的冪律指數(shù)，并將模擬物置于1×0.8米大小的泡沫塑料容器中。擬態(tài)樣機(jī)和小行星Itokawa表面的圖像對比證實，二者具有相似的形態(tài)和特征。當(dāng)航天器能初步觀測到小行星2016 HO3的光學(xué)性質(zhì)時，模擬樣就可以根據(jù)結(jié)果較為便捷地進(jìn)行修改調(diào)配，用以揭示小行星表面的新發(fā)現(xiàn)，將高仿真模擬樣用于光學(xué)導(dǎo)航實驗，則能進(jìn)行采樣器著陸前的效率研究。