探測近地小行星：從取樣到模擬

文／李禾

對于支持航天任務、發展近地小行星就地資源利用技術、發展行星防御技術等，小行星模擬技術都至關重要。中國將在未來幾年內啟動第一個小行星探測任務，目標是從代號為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進行繞飛觀測。由于對2016 HO3小行星表面形貌和表面性質欠缺了解，該任務的取樣操作可能面臨巨大挑戰。

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

2016年4月27日，望遠鏡發現了近地小行星2016 HO3。航天器觀測表明，與表面主要被細粒風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，研究人員發現S—型小行星與普通球粒隕石兩者具有相似的礦物學特征。普通球粒隕石富含硅酸鹽，也是迄今為止數量最多的隕石。依據總鐵含量進行化學成分分組，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，張曉靜團隊利用地球上的巖石和礦物，根據不同種群隕石的礦物組成，開發出QLS—1、QLS—2和QLS—3三種原型模擬樣，分別對應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2016 HO3原型模擬樣旨在復現小行星表面的光學特性和碎礫結構，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，并將模擬物置于1×0.8米大小的泡沫塑料容器中。擬態樣機和小行星Itokawa表面的圖像對比證實，二者具有相似的形態和特征。當航天器能初步觀測到小行星2016 HO3的光學性質時，模擬樣就可以根據結果較為便捷地進行修改調配，用以揭示小行星表面的新發現，將高仿真模擬樣用于光學導航實驗，則能進行采樣器著陸前的效率研究。