2025年5月29日成功發射
此圖中的日期應是較初期時的計劃日期
天问二号主要任务目标是对小行星2016HO3进行探测、取样并返回地球，此后再对主带彗星311P开展科学探测。小行星2016HO3是人类目前发现的地球准卫星之一。天问二号任务工程目标一是突破弱引力天体表面取样、高精度相对自主导航与控制、小推力转移轨道设计等一系列关键技术，二是为小行星起源及演化等前沿科学研究提供探测数据和珍贵样品。科学目标则聚焦于测定小行星和主带彗星的多项物理参数，一是测定小行星和主带彗星的轨道参数、自转参数、形状大小、热辐射特性等物理参数，开展轨道动力学研究；二是开展小行星和主带彗星的形貌、物质组分、内部结构以及可能的喷发物等研究；三是开展样品的实验室分析研究，测定样品物理性质、化学与矿物成分、同位素组成和结构构造，开展小行星和太阳系早期的形成与演化研究。
天問二號的任務時長達到十年左右，是中國至今最長的航天任務。任務一共分為兩大部分，第一部分是探測距離地球一千多萬公里的小行星2016HO3，並在小行星上採樣。專家指，2016HO3保留著太陽系誕生之初的原始訊息，在研究太陽系形成和演化歷史方面有非常高的科學價值。
完成採樣後，天問二號會先返回地球附近，把儲存小行星樣本的返回艙釋放返回地球。整個小行星任務預計需時約兩年半。
之後天問二號會利用地球的引力彈弓效應再次飛向外太空，並用約七年時間前往位於火星和木星軌道之間，小行星帶內的主帶彗星311P。天問二號會探測這個彗星，以協助了解這類小型星體的物質結構、演化機制等。
天问二号会使用多臂协作式小天体附着取样机器人机械系统，将自己固定在小行星表面再执行采样任务，目标是取得100克以上的小行星样品。
在远程测控方面，2024年12月27日，我国在日喀则和长白山启动了两座新的40米射电望远镜，使我国的甚长基线干涉测量（VLBI）网络从“四站一中心”升级到“六站一中心”，等效口径从3200公里扩到3800公里，在X波段的分辨率提高了18%，将为我国的深空探测提供更强的助力。升级后的VLBI网络，首先服务的就是天问二号的太空征程。
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