Page 19 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 张鸿宇，等： 颗粒靶体撞击溅射行为研究进展 第 12 期

于观测而受到广泛关注。“伽利略号”（Galileo） [2-3] 、“卡西尼号”（Cassini） [4-5] 、“新地平线号”（New
Horizons） [6] 和“嫦娥 2 号”拓展（Chang’E-2） [7] 等任务均获得了大量的天体撞击坑数据，如撞击坑直径、
大小分布频率等，这些数据深化了对行星演化和太阳系形成历史的理解 [8-12] 。撞击溅射现象是撞击过程
的重要组成部分，起始于接触压缩阶段，终止于溅射物沉积阶段。在此过程中，由撞击中心区域的瞬时
高压驱动而抛射的物质通常被称为溅射物，而所有溅射物在空间中所呈现的帷幕状分布状态则被称为
溅射幕。溅射幕的形成和扩展决定了最终溅射沉积物在星球表面的分布，从而进一步影响其风化层的
构成，对天体的形成与演化研究具有重要意义 [13-20] 。
随着地外小天体采样返回逐渐成为深空探测任务的重要目标 [21-22] ，并且在行星防御及相关航天任务
的推动下，撞击溅射研究被赋予了新的意义，具体表现在以下 3 个方面。
(1) 采用在轨遥感、雷达望远镜对撞击溅射幕和撞击坑进行观测，获取风化层是否存在含水矿物、有
机化合物等关键成分及其含量等信息。目前，“深度撞击号”（Deep Impact）和 LCROSS 任务是该技术
成功应用的代表。如图 1(a) 所示，“深度撞击号”任务探测器于 2005 年飞越彗星“9P/Tempel 1”，期间
发射撞击器使得慧核内部物质得以暴露，对溅射幕的分析表明，其中含有冰的细小晶体、二氧化碳以及
有机物等物质 [23-25] 。如图 1(b) 所示，LCROSS 任务主器由“半人马座”火箭和“牧羊”探测器构成。
“半人马座”火箭在进行充分加速并释放多余推进剂后，以 2.5 km/s 的速度撞击月球南极凯布斯坑，溅
射物产生后通过“牧羊”探测器及地面雷达望远镜遥感分析，证实了月球极区风化层中含有水冰，其质
量占比为 5.6%±2.9% [26-31] 。

(a) Four viewing phases of the Deep Impact ejecta plume [24] (b) LCROSS spacecraft [30]
图 1 撞击溅射与遥感探测相结合的航天任务 [24, 30]
Fig. 1 Space missions combining impact ejecting and remote sensing detection [24, 30]

(2) 通过回收撞击溅射幕实现小行星采样。小行星由于其较低的自身演化程度，很可能保存着太阳
系形成初期的关键信息 [32-33] 。目前的光谱数据和采样分析已经发现小行星内部含有有机物 [34-35] 、含水矿
物等物质 [36-38] ，这为探究地球生命起源提供了重要线索和新的视角。然而，小行星表面的微重力、复杂
地貌以及次表层可能含有高强度水冰物质等环境 [39-41] ，使得传统的软着陆和钻取采样面临巨大挑战。为
应对这些挑战，撞击采样技术应运而生，其通过预选采样区、主器低速接触目标天体表面并启动采样机
构造成风化层溅射来实现样品收集。这种采样方式不仅能有效适应小行星表面的复杂环境，而且可实
现多点位样品收集，从而提高样品的多样性。已进行的相关任务包括日本“隼鸟 2 号”（Hayabusa-2）以
及美国“奥西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex）探测器。如图 2(a) 所示，“隼鸟 2 号”利用采样机构中预先
设置的弹丸撞击小行星“龙宫”（Ryugu），造成风化层溅射的同时实现取样 [42-44] 。“奥西里斯-雷克斯”
探测器则采用释放压缩气体促使风化层飞溅实现对小行星“贝努”（Bennu）的采样 [45-46] ，如图 2(b)
所示。

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