謝歡， 陳杰， 童小華， 晏雄鋒， 王亞瓊，王一凡， 曾祥隧， 馮炯， 倪鴻基

（1.同濟大學 測繪與地理信息學院， 上海 200092；2.上海市航天測繪遙感與空間探測重點實驗室，上海 200092）

小行星是一種微型行星，其直徑一般為10m至1 000km之間，包括太陽系在該尺度范圍內非彗星的全部小天體。小行星有S、C、X三大類型與部分異常類型，一共有26個亞類型［1］。小行星探測是深空探測任務中新的發(fā)展方向，主要有以下幾點研究價值：第一，小行星探測對于研究太陽系形成、演化及生命起源具有重要的意義；第二，小行星探測有助于發(fā)現(xiàn)小行星中的礦產資源，這些太空資源能夠給太空采礦業(yè)帶來全新的發(fā)展動力；第三，小天體探測能夠幫助人們更好地應對小行星撞擊地球的威脅。

人類早期的小行星探測任務主要是通過飛越、環(huán)繞的方式進行探測，主要是利用地面觀測設備進行探測。隨著科技的持續(xù)進步，人類開始通過環(huán)繞、附著、采樣返回等方式對小行星、彗星等小天體深入探測。1989年10月，美國國家航空航天局發(fā)射了伽利略號（Galileo）探測器，并在2年后飛越探測加斯普拉小行星（Gaspra），這是人類首次對小行星進行近距離觀測；2012年，我國的嫦娥二號探測器成功實施了對圖塔蒂斯小行星（Toutatis）的飛越式探測，加深了人類對小行星的了解［2］。

小行星探測領域的一大重要研究方向就是建立小行星物質與隕石之間的直接聯(lián)系，以此更好地研究太陽系的演化。為此，2003年，日本宇航局發(fā)射了隼鳥號（Hayabusa）探測器前往探測糸川小行星（Itokawa）；隨后，2014年12月日本宇航局又發(fā)射了隼鳥二號（Hayabusa 2）探測器前往探測龍宮小行星（Ryugu）；2016年9月，美國國家航空航天局發(fā)射了“光譜分析、資源識別與安全、風化層探測器"（又名“奧西里斯號”，OSIRIS-REx）。如今，我國已經(jīng)公布了小行星采樣返回任務的探測規(guī)劃：計劃于2025年發(fā)射天問二號探測器并執(zhí)行2項科學探測目標，即小行星采樣返回、彗星會合任務。圖1是全球主要的小行星探測任務時間軸。

圖1 全球主要的小行星探測任務時間軸Fig.1 Timeline of major asteroid detection missions of the world

月球和火星等大天體探測選址時可以利用軌道器影像在較大范圍內確定著陸區(qū)域，再通過地形敏感器精準確定著陸點［3］。但小行星探測任務具有探測重復率低、體積小等特點，只能在探測器到達小行星后采取一邊探測一邊選址的方式，采樣選址的基本原則是在滿足工程約束條件下提升任務科學目標實現(xiàn)度。

1 目前小天體采樣任務選址綜述

1.1 隼鳥二號的采樣選址方法

隼鳥二號探測任務的整個選址流程大約歷經(jīng)了1.5年。在隼鳥二號還沒發(fā)射的時候，科學團隊已經(jīng)通過地面觀測初步確定了龍宮小行星的大致形狀、自轉周期、自轉軸等信息，為了實現(xiàn)安全采樣設計了針對龍宮小行星采樣選址的工作流程［4］，圖2是隼鳥二號采樣選址流程圖。

圖2 隼鳥二號采樣選址流程Fig.2 Site selection process of Hayabusa2 sampling

1.1.1 隼鳥二號采樣選址的第1階段

（1）LSS I-a選址階段。在Box-A階段創(chuàng)建龍宮小行星的三維形狀模型，并且根據(jù)對于采樣的地形參數(shù)方面的基本工程性約束得到小行星表面的安全指數(shù)地圖，得到了17個初步選址區(qū)，每個區(qū)域在經(jīng)緯度網(wǎng)上的尺寸是14°×14°?；竟こ绦约s束有4個因素：亞地距離、坡度、粗糙度和局部太陽角，根據(jù)這4個基本工程性約束能夠得到小行星表面的安全指數(shù)地圖，在此基礎上創(chuàng)建了遇障概率模型來得到小行星表面的遇障概率地圖。

（2）LSS I-b階段。在Box-C階段，在小行星表面6km高度處拍攝預選區(qū)的光學影像，通過視覺定性評價各個預選區(qū)的地形條件，并將候選采樣區(qū)從17個降至為7個。

（3）LSS I-c階段。采樣區(qū)的工程約束條件與科學價值均不可缺少。在Mid-alt階段，對7個候選采樣選址區(qū)的科學價值、地形安全度和可采樣性進行了分析［5］并通過這3個選址因素的分析結果對候選采樣區(qū)進行綜合評價，計算了最大直徑大于3m的巖石分布情況，根據(jù)巖石豐度計算結果得到了1個主采樣區(qū)和2個候選采樣區(qū)。隼鳥二號對于采樣區(qū)的熱約束是：采樣區(qū)的溫度應低于370K，龍宮小行星幾乎所有地表面元都滿足該要求［6］。

1.1.2 隼鳥二號采樣選址的第2階段

（1）LSS II-a階段。采樣過程中探測器的太陽能翼展和中央的機械架構需要避開巖石等障礙，需要計算巖石的立體尺寸，在3個候選采樣區(qū)中得到各個面元的最大安全采樣半徑，得到了6個直徑是20m的安全采樣區(qū)，將L08-B作為最佳的采樣子區(qū)域。

（2）LSS II-b階段。該階段的采樣工作高度依賴于TM球的輔助導航。在TD1-R1-A和TD1-R3階段，發(fā)現(xiàn)在TM球的附近區(qū)域有2個存在安全裕量的區(qū)域：L08-B和L08-E1，但是由于L08-B區(qū)域的緯度高于L08-E1區(qū)域，探測器在飛抵該地區(qū)需要更長的機動操作，理想的采樣區(qū)域為L08-E1區(qū)域。

（3）LSS II-c階段?？茖W團隊繪制了分辨率是每像素14cm的數(shù)字高程模型，在此驗證了L08-E1地區(qū)的地形平坦性好、安全性高，符合安全采樣的需求。如今隼鳥二號樣品倉已經(jīng)返回地球，其攜帶的樣本對于人類研究小行星和太陽系的演化具有重要意義。

1.2 奧西里斯號的采樣選址方法

奧西里斯號采樣返回任務的主要科學探測目標是從貝努小行星中采樣返回原始的碳質礦物，安全地從小行星表面采集超過60g的物質［7］。奧西里斯號的采樣選址也可以分成2個階段，第1階段從貝努小行星全球中選擇4個候選采樣區(qū)，第2階段選出主采樣區(qū)和一個候選采樣區(qū)，并對主采樣區(qū)的地形和光譜特征進行詳細調查。圖3是奧西里斯號采樣選址流程［8］。

圖3 奧西里斯號采樣選址流程Fig.3 Site selection process of OSIRIS-REx sampling

1.2.1 奧西里斯號采樣選址的第1階段

在奧西里斯號的接近段，科學團隊對貝努小行星的自轉參數(shù)、形狀模型、光譜特征進行了初步估計；在軌道A階段，科學團隊發(fā)現(xiàn)了貝努小行星存在巖石顆粒的噴發(fā)現(xiàn)象；在詳細調查階段，科學團隊通過地表障礙和基本地形條件指標，初步確定了貝努小行星的12個候選采樣區(qū)；2019年6月進入軌道B階段，在約距離貝努小行星表面高約680m的位置進行觀測，該階段主要分析了選址四大因素：地形安全性、可交付性、可采樣性和科學價值。通過對以上4個因素的綜合評估，科學團隊一共選擇了4個候選采樣區(qū)：夜鶯（Nightingale），位于北緯56°的一個隕石坑；翠鳥（Kingfisher），位于北緯11°的一個隕石坑；魚鷹（Osprey），位于北緯11°的一個隕石坑；鷸（Sandpiper），位于南緯47°的一個隕石坑［9］。

1.2.2 奧西里斯號采樣選址的第2階段

偵察A階段包括從1 000m到1 250m的高度的4次對雙曲線飛越，依次對4個采樣區(qū)進行了最終的觀測，主要目標是選擇出主采樣區(qū)，并為航天器制導建立NFT（natural feature tracking）特征。選址委員會通過使用該階段數(shù)據(jù)產品對4個候選地點進行最終排名，選擇夜鶯區(qū)域作為主要樣本地點，夜鶯區(qū)域提供了收集足夠可采樣物質的最高可能性，碳質礦物含量較高，具有最高的科學價值。

偵察B階段主要是為了獲取主采樣和備份采樣區(qū)的光譜特征，并轉為NFT導航到預設的主采樣區(qū)，還有一個關鍵探測目標是在巖石計數(shù)的基礎上詳細描述主采樣區(qū)可采樣性物質的精準分布。

在偵察C階段，探測器影像的空間分辨率提升到1cm，能夠獲取高精度成像、巖石計數(shù)以及可采樣物質和危險障礙分布地圖，該步驟得到的結果是對主采樣區(qū)的最終觀測結果［10］。

2020年10 月奧西里斯號完成了對貝努小行星的采樣操作，并且采集了預計為900g的貝努小行星樣本。

1.3 其他小行星采樣選址方法

（1）美國舒梅克號（NEAR Shoemaker）任務。美國舒梅克號于1996年2月發(fā)射，并于2001年2月在愛神星（Eros）上的Himeros depression區(qū)域著陸，是人類首個環(huán)繞小行星且成功著陸的探測器?；诠鈱W圖像和激光測距數(shù)據(jù)進行了小行星三維形狀建模，并估計了其質量、體積、密度和自轉參數(shù)。著陸點的選取主要是基于探測器軌道位置和探測器的可達性。在著陸選址中，科學團隊發(fā)現(xiàn)愛神星表面總體地勢較為平坦，最終選擇的著陸區(qū)是直徑為9km的地形平坦的洼地區(qū)域［11］。

（2）歐洲航天局羅塞薩號（Rosatta）任務。歐洲航天局的羅塞薩號于2004年3月發(fā)射，2014年8月抵達67P/Churyumov-Gerasimenko彗星?？茖W團隊在小行星上發(fā)現(xiàn)了一個面積為1km2的橢圓形平坦區(qū)域，并把該區(qū)域作為初步著陸區(qū)域。接著在此區(qū)域內基于地形坡度、巖石分布和光照因素，綜合考慮選擇了“J區(qū)”著陸區(qū)域，該區(qū)域所在區(qū)域的坡度基本小于30°，并且?guī)r石數(shù)量較少，區(qū)域內85%的區(qū)域能夠給探測器在著陸后提供日均超過6.2h的光照時間，能夠確保探測器在著陸后繼續(xù)依靠太陽能進行充電［12］。

（3）日本隼鳥一號（Hayabusa）任務。日本隼鳥一號于2003年5月發(fā)射，2005年11月在靜海（Muses sea）區(qū)域開始第一次樣本采集，這是人類首次執(zhí)行的小行星采樣返回任務。2005年9月抵達糸川小行星，通過對糸川小行星的形狀建模，初步確定糸川小行星的大致形狀。隼鳥一號的采樣選址工作是基于光學圖像和激光雷達獲得的小行星表面地形特征，由于糸川小行星表面80%的區(qū)域是粗糙的地形，因此將小行星表面最大平坦區(qū)即靜海區(qū)域作為采樣重點調查區(qū)域，科學團隊在該區(qū)域內選擇了坡度小于8°、直徑為60m的平坦區(qū)域作為采樣區(qū)，該區(qū)域存在較多的風化層。對返回的樣本進行分析，一共采集了大約1 500粒的微小顆粒［13］。

2 小天體采樣選址方法分析

2.1 小天體采樣選址的基本方法

采樣選址規(guī)劃是小行星采樣探測的前置工作，合理科學的采樣選址方案能夠降低采樣安全風險，找到更容易采集樣本、科學研究價值更高的采樣區(qū)域。小行星采樣選址主要從工程約束和科學價值兩方面考慮，對于微重力，自轉速率很大的小行星還需要考慮表面物質的附著性。

小行星采樣選址的工程約束中的地形安全因素是研究者最為關切的因素。2007年，美國宇航局在提出的面向行星精確著陸的障礙檢測與規(guī)避技術（ALHAT）發(fā)展方案中也強調了其重要性［14］。對于地外天體，常見地形障礙檢測包含：激光雷達和光學影像檢測方法。激光檢測障礙的方法是通過激光雷達獲取地形的三維點云信息，并從中識別出潛在障礙。該方法精度高、受周邊環(huán)境影響小、對不同類型障礙適應性好，在嫦娥等著陸任務中得到了成功應用。光學影像檢測障礙的方法是根據(jù)巖石等障礙在影像中的形態(tài)等典型特征，反演其分布和尺寸，主要方法包括：①基于陰影信息。通過巖石等障礙區(qū)往往存在陰影來檢測巖石等障礙位置。②基于模板匹配。通過先驗的障礙信息來檢測障礙的分布。③基于立體視覺。通過立體視覺結合陰影信息來檢測障礙的分布。④基于深度學習。通過深度網(wǎng)絡訓練樣本檢測障礙的分布。⑤基于二維影像和三維地形數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)作為輸入樣本，通過深度網(wǎng)絡檢測障礙的分布。⑥基于圖像反照率。通過巖石等障礙在不同觀測角度下的反照率變化信息檢測障礙的分布。我國小行星探測任務將要探測近地小行星2016HO3，其直徑約為40～100m［15］。

工程約束中需要考慮到導航的可交付性。需要結合探測器的導航誤差來估計小行星表面各個面元的遇障概率。隼鳥二號和奧西里斯號都通過結合導航誤差的蒙特卡洛仿真模擬探測器的采樣落點，由此進一步驗證采樣區(qū)的安全性。

科學價值則是希望小行星采樣返回的樣本能夠包括豐富的含水和碳質礦物，可以通過光譜識別技術來確定礦物的分布［16］。此外，采集更多的小行星樣本物質也是小行星采樣返回任務的重要科學目標，在中遠觀測距離下無法獲得小行星表面高精度影像時，可以通過分析巖石和土質的熱慣量的差異，獲取易于采樣的星表可采樣物質分布［17］；可以根據(jù)星表可采樣物質的光譜變紅特征來得到被探測小行星表面存在可采樣物質的分布［18］；可以根據(jù)冪律規(guī)律來計算光學圖像無法直接測量的小顆粒的數(shù)量與密度［19］；可以分析光學影像的反照率差異判斷可采樣物質的分布。

對于探測目標是體積很小、自轉速率很大的小行星，還需要考慮到小行星表面動力學條件對采樣選址的影響，我國計劃探測的2016HO3小行星自轉速率很大、重力場微弱，采樣物質容易從星體表面逃逸。對小行星表面動力學條件的建模可以估計質點在小行星表面的運動［20］；根據(jù)小行星采樣選址所考慮的因素和基本方法總結出如圖4所示的小行星采樣選址方案。

圖4 小行星采樣選址方案Fig.4 Site selection program of asteroid sampling

為了可以在目標區(qū)域內尋找出合適的著陸區(qū)域，常見的搜索算法包括形態(tài)學算法、螺旋式搜索算法、模糊推理算法以及嫦娥三號所運用粗避障和精避障相結合的方法在軌實現(xiàn)了安全區(qū)的自動搜索［21］。在小行星采樣返回任務中通常會先搜索多個候選點，隨后通過觀測數(shù)據(jù)補充進行反復論證，結合涉及選址的各個因素的綜合考量確定主要采樣點。

2.2 隼鳥二號和奧西里斯號的選址對比分析

小行星采樣返回任務均會考慮工程約束和科學價值這兩方面的因素進行采樣選址工作。表1介紹了隼鳥一號、隼鳥二號和奧西里斯號的采樣返回任務的基本情況對比，并提及了我國預計2025年發(fā)射的“天問二號”小行星探測任務基本情況。

表1 小行星采樣返回任務基本概述Tab.1 Basic overview of asteroid sample return missions

對比日本的隼鳥二號和美國的奧西里斯號的選址方法，比較兩者所用的載荷、選址涉及的流程、方法以及最后的選址結果。

（1）所用載荷對比分析。為了獲取龍宮小行星采樣返回任務所需要的小行星科學觀測數(shù)據(jù)，隼鳥二號搭載了相機組ONC-T對小行星表面進行測繪，獲得小行星的反照率與光譜斜率，相機ONC-W1和ONC-W2都是獲取導航地形數(shù)據(jù)，紅外相機TIR調查龍宮小行星表面的熱物理特征；搭載的激光雷達LIDAR對龍宮小行星進行地形測繪，并用于輔助導航；搭載的近紅外光譜儀NIRS探測龍宮小行星含水礦物等礦物分布；搭載的雷達測量小行星的質量等物理參數(shù)［22］。而奧西里斯號的相機組一共搭載了3臺相機調查貝努小行星的形貌特性，長焦相機PolyCam是一種長距離相機，用于從2億～200萬km的距離拍攝小行星；地形相機MapCam用于拍攝小行星表面的高分辨率地圖；采樣相機SamCam記錄了TAGSAM采樣系統(tǒng)的操作和樣本采集的過程。搭載的激光雷達OLA對小行星進行導航與全球測繪作業(yè)；搭載的可見光和近紅外光譜儀OVIRS探測貝努小行星的物質分布；搭載的熱紅外光譜儀OTES探測小行星的礦物分布和熱物理情況；搭載的X射線儀得到貝努小行星的全球X射線地圖。

（2）選址流程對比分析。隼鳥二號在采樣的第1階段首先考慮的因素依次有：隼鳥二號在第1個選址階段考慮的因素是亞地距離、局部太陽角、坡度和粗糙度，通過以上4個基本工程約束條件，科學團隊初選了邊長為100m的17個候選采樣區(qū)，接著又通過目視評價地形安全條件，將選址區(qū)縮小到7個，之后又通過對7個候選區(qū)的巖石豐度、可采樣物質分布和科學價值的綜合評分選出了1個主采樣區(qū)和2個候選采樣區(qū)。美國的奧西里斯號在采樣的第1階段所考慮的因素依次有：①地形安全性。指的是采樣區(qū)必須要滿足不包含危害探測器采樣安全的地形條件的要求，希望預選采樣區(qū)的安全區(qū)域的分布比重高于99%。此外采樣點還有著熱物理層面的工程約束，采樣點的溫度低于400K。②可交付性。指的是基于航天器的設計要求交付到距離表面選定點25m以內大于98%的概率。③可采樣性。指的是奧西里斯號能采集多少小行星樣本物質的能力，對應于貝努小行星表面可采樣物質的分布。④ 科學價值。指的是希望返回的樣本最好是包含豐富的含水和碳質礦物。根據(jù)以上4個條件篩選出了貝努小行星的4個候選采樣區(qū)。由此可以發(fā)現(xiàn)，地形安全性是小行星采樣選址的首要條件，奧西里斯號將導航的可交付性納入到了第1個階段的選址范疇，而且并沒有考慮到亞地距離等約束條件。與之對應的是，隼鳥二號在采樣選址的第1個階段中并沒有考慮到導航可交付性，而是放在了最后對主采樣區(qū)的導航可交付性進行驗證，并且隼鳥二號在地形安全條件上考慮的因素更加復雜。

在隼鳥二號采樣選址的第2個階段，科學團隊從采樣的安全性角度來選擇最后的采樣落點。這個階段的安全性主要涉及地形安全度和導航誤差，科學團隊先是從3個候選采樣區(qū)中選擇了6個邊長是20m的子采樣區(qū)，然后從中選擇了地形安全度最好的L08-B1區(qū)，同時計算TM球附近的安全采樣邊界，隼鳥二號團隊在TM球附近發(fā)現(xiàn)一個緯度更低的安全區(qū)域L08-E1。而奧西里斯號在采樣選址的第2個階段則是通過高分辨率的影像分析了4個候選區(qū)可采樣物質的分布情況和礦物分布，并以此選擇了夜鶯選址區(qū)作為主采樣區(qū)。由此可以發(fā)現(xiàn)，隼鳥二號在采樣選址的第2個階段將結合導航誤差的避障評估放在了首要位置，而奧西里斯號除了關注安全區(qū)的精細選址以外，還重點測繪了夜鶯選址區(qū)直徑小于2cm的物質分布情況。

（3）選址方法對比分析。隼鳥二號采樣選址的第1個階段考慮了亞地距離、坡度、粗糙度和局部太陽角，為了有效分析地形特征，科學團隊通過SFM（structure-from-motion）和SPC（stereophotoclinometry）得到小行星的三維模型。亞地距離是計算小行星表面面元距離地球和小行星質心連線的距離；坡度是計算小行星表面面元的法向量和徑向向量的夾角；粗糙度是計算小行星表面面元在論域內的高程最大差值；局部太陽角是計算表面面元的法向量和行星太陽向量的夾角，接著通過加權結合疊置分析的方法來評估龍宮小行星的安全區(qū)域。然后，采取了視覺定性評估的方法評估地表的安全性，將評估的結果分成好、中、壞3個檔次。隨后在分析小行星表面可采樣物質分布的時候，科學團隊通過熱成像和光學圖像對小行星表面的可采樣物質進行分析；而該階段對地形安全度的評估則主要指標是巖石分布以及地表粗糙度。巖石分布的計算方法是人工識別每像素50cm分辨率的圖像中長軸大于3m的巖石。在對候選采樣區(qū)的科學價值分析中，通過光譜特征估計龍宮小行星表面的含水礦物和碳質礦物的分布。在隼鳥二號采樣選址的第2個階段，通過取其水平半長軸和半短軸的平均值來估計巖石的高度，通過障礙陰影法和立體視覺的方法來判斷巖石的尺寸。通過蒙特卡洛仿真預測采樣落點，結果表明預測的采樣落點均位于安全區(qū)。

相比較隼鳥二號，奧西里斯號最初設計的采樣策略就是在直徑50m的安全采樣區(qū)內采集更多直徑小于2cm的顆粒。在采樣選址的第1階段，科學團隊通過SPC的方法與激光三維建模的方法生成了小行星的三維模型。奧西里斯號對于地形的要求是坡度小于14°，提取影像中直徑大于21cm的巖石障礙，根據(jù)影像的顯著性特征和紋理表征，使用神經(jīng)網(wǎng)絡結合人工校正的方法完善障礙分布，得到了小行星全球的初步安全采樣區(qū)。科學團隊利用可采樣物質存在的光譜變紅和相位變紅的特性從大范圍地圖上獲得可采樣物質的大致分布，還可以通過對表面物質熱慣量分析的方法來初步探測可采樣物質的分布。利用光譜特征估計貝努小行星表面的含水礦物和碳質礦物的分布。通過蒙特卡洛仿真估計奧西里斯號抵達貝努小行星全球的能力，得到貝努小行星全球的可交付性情況。在奧西里號采樣選址的第2階段，科學團隊重點調查了4個候選采樣區(qū)的巖石分布情況，通過面向公眾參與的小行星障礙提取項目人工提取直徑大于2cm的巖石障礙，還通過候選區(qū)光譜吸收帶特征分析礦物的分布，最終選擇了夜鶯作為主采樣區(qū)。

（4）選址結果對比分析。隼鳥二號的主采樣區(qū)是L08，在主采樣區(qū)L08中又選擇了L08-E1作為采樣點，中心坐標是經(jīng)度206.5°、緯度4.2°，直徑是5.6m，該地區(qū)的地形平坦度好，巖石障礙少，距離TM球距離近。奧西里斯號的主采樣區(qū)是夜鶯，位于一個直徑為20m的隕石坑中，其中心坐標是經(jīng)度43°、緯度56°，直徑是6m，夜鶯處于邊緣光滑的隕石坑中，包含了較多的可采樣物質。隼鳥二號團隊更加重視地形條件以及導航操作的便利性來選擇主采樣區(qū)。而奧西里斯號團隊除了關注地形條件，也關注可采樣物質的分布情況。圖5分別展示了龍宮和貝努小行星在遠距離和近距離拍攝條件下的實際采樣區(qū)影像圖。

圖6是隼鳥二號及奧西里斯號選址關鍵因素及選址方法。除此以外，隼鳥二號和奧西里斯號都繪制了小行星的重力和溫度分布地圖作為采樣選址的參考約束項。

圖6 隼鳥二號及奧西里斯號選址流程對比Fig.6 Comparison of site selection process of Hayabusa2 and OSIRIS-REx

3 對我國小天體采樣選址任務的啟示

我國的小行星探測任務已經(jīng)提上日程，計劃于2025年發(fā)射，結合之前的小行星采樣選址任務的實施情況，我國在小行星采樣選址過程中應當關注以下幾大要素。

（1）體積小、自轉速率大的小行星安全區(qū)選址方法研究。地面數(shù)據(jù)觀測結果表明，2016HO3小行星的直徑小于100m，自轉周期僅僅約0.5h，該小行星的表面很可能安全采樣區(qū)更為狹小，為此需要精確安全區(qū)的選取方法以及精準的著陸導航。在該小行星微重力的環(huán)境下，在采樣段需要向探測器提供向下壓力來保證著陸階段的姿態(tài)穩(wěn)定性。并且為了保證樣本能夠順利收集到樣本艙中，如果采用破巖或者氣體激勵的方式搜集表面樣本，還需要考慮到微重力環(huán)境下表面物質的動力學條件，判斷采集過程中樣本是否會逃逸。

（2）多因素選址條件下的最優(yōu)選址方案。小行星采樣選址規(guī)劃需要考慮工程方面的坡度、粗糙度、太陽角、障礙分布等因素，需要考慮科學方面的碳質礦物、含水礦物和原始物質的分布等因素。并且，為了采集到更多的小行星樣本，需要盡可能選擇星壤豐度高的區(qū)域。因此，需要設計在保證工程安全條件下盡可能采集更多高價值小行星物質樣本的選址方法，這對于小行星采樣返回任務來說十分關鍵。

（3）復雜星表條件下的采樣方式研究。目前對小行星“2016HO3”的采樣方式共準備了觸碰、懸停、附著等多種方式。對于觸碰的采樣方式，其選址方案可以與隼鳥二號和奧西里斯號的采樣選址方案類似，而對于懸停和附著的采樣方式，則需要額外考慮采樣選址區(qū)的可附著性，特別對于附著的采樣方式，需要考慮到著陸裝置和星壤的力學關系來保證探測器能夠穩(wěn)定在星表之上，以及考慮附著區(qū)的光照情況保證探測器能夠維持正常的供能水平，保障采樣工作順利實施。

4 結語

介紹了日本隼鳥二號和美國奧西里斯號的采樣選址流程、方法與結果，并進行了對比分析?？茖W的采樣選址方法是保證小行星采樣返回任務成功的重要因素，盡管日本和美國的小行星科學選址團隊已經(jīng)建立了系統(tǒng)性選址方法，但尚未實現(xiàn)通過懸停和著陸采樣的方式來實現(xiàn)小行星的采樣返回任務，也尚未對直徑小于100m的小行星進行采樣返回，因此，針對今后的小行星采樣選址工作，要耦合科學任務目標和工程實際來設計最優(yōu)方案，開發(fā)魯棒性更好的采樣選址系統(tǒng)性方法來契合不同小行星采樣返回任務的實際需求。

作者貢獻聲明：

謝 歡：論文總體指導、初稿撰寫。

陳 杰：論文撰寫、論文修改。

童小華：論文總體思路指導。

晏雄鋒：論文指導，部分論文內容的撰寫。

王亞瓊：研究思路討論。

王一凡:研究思路討論。

曾祥隧：研究思路討論。

馮 炯：研究思路討論。

倪鴻基：研究思路討論。