隼鳥歸來(lái):“銜回”了什么?

陳 言

7月5日,日本媒體《朝日新聞》報(bào)道說(shuō),日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)已經(jīng)從小行星探測(cè)器“隼鳥”(Hayabusa)的密封艙里抽取到少量氣體,并從中發(fā)現(xiàn)了一些微粒子。如果這些微粒子能夠被證明的確是從小行星絲川上獲取的物質(zhì),這將是人類在探索宇宙過(guò)程中又一次里程碑式的進(jìn)步。

隼鳥從2003年5月9日被放飛——在日本鹿兒島乘坐M5火箭離開地球——到2010年6月13日降落到澳大利亞沙漠,共飛行7個(gè)年頭,行程60億公里,兩度登上小行星“絲川”。眼下,人們正期待著從它的密封艙中找到46億年前太陽(yáng)系生成時(shí)留下的最原始記錄。

前蘇聯(lián)的“路那計(jì)劃”、美國(guó)的“阿波羅計(jì)劃”讓這兩個(gè)國(guó)家從月球上拿到“月石”標(biāo)本、從彗星上收集了塵埃。隼鳥如果成功的話,“銜回”的將是人類從未見過(guò)的第三種太陽(yáng)系物質(zhì)——行星絲川上的標(biāo)本。

預(yù)計(jì)在今年8月之前,科學(xué)家要對(duì)從隼鳥密封艙獲得的物質(zhì)進(jìn)行分析,看是不是在發(fā)射前從地球上混入的。

“日本是個(gè)以開發(fā)機(jī)器人技術(shù)見長(zhǎng)的國(guó)家,隼鳥集中了日本在這個(gè)領(lǐng)域的最新技術(shù)。這些年,‘日本制造受到很多質(zhì)疑,隼鳥的飛回,讓日本有了新的信心?！比毡緳C(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所副所長(zhǎng)井上弘基對(duì)《中國(guó)新聞周刊》說(shuō)。

宇宙開發(fā)往往需要大量的資金,日本在這方面每年的預(yù)算為20億美元,只相當(dāng)于美國(guó)宇航局(NASA)的1/20。隼鳥的開發(fā)費(fèi)用大約為1.3億美元,這一花費(fèi)與美國(guó)宇航局對(duì)同類探測(cè)器的預(yù)算相比是很少的。不論從行星絲川上拿到標(biāo)本與否,放飛7年后能回到地球,這已經(jīng)足以讓日本的航天技術(shù)受到世界矚目。

飛行20億公里,靠近絲川

在距離地球20億公里以外的地方,有一顆叫做“絲川”的小行星。

地球繞太陽(yáng)一圈為1年,絲川則需要1.5年。發(fā)現(xiàn)這個(gè)只有540米長(zhǎng)、形狀如同花生的小行星的是美國(guó)的一個(gè)觀察小組,日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)受這個(gè)美國(guó)小組的委托,以有“日本航天之父”之稱的原東京大學(xué)教授絲川英夫的名字為這顆小行星命名。

從地球到絲川,往返距離為40億公里,隼鳥需要飛行兩年零四個(gè)月。因而,隼鳥一開始就要做得特別精巧——它的頭部只比家用冰箱大一點(diǎn)。隼鳥使用了一種叫做“離子引擎”的新型發(fā)動(dòng)機(jī),作為它在離開地球后推進(jìn)飛行的動(dòng)力。與過(guò)去在探測(cè)器上使用的其他化學(xué)引擎相比,離子引擎更適合于長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行宇宙航行。

在北京的NEC公司職員山本先生對(duì)《中國(guó)新聞周刊》介紹說(shuō),“隼鳥是NEC為宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)開發(fā)和制造的。我們公司從該機(jī)構(gòu)大致拿到了1億美元的相關(guān)費(fèi)用。這次研發(fā)最大的成功就是離子引擎。隼鳥的回歸,說(shuō)明這種引擎有很強(qiáng)的可靠性?！?/p>

離子引擎的最大特點(diǎn)是使用的燃料少而動(dòng)力大。在地球上撿起一枚硬幣的動(dòng)力,在離開地球后就能讓隼鳥以時(shí)速5000公里的速度向小行星飛去。

但是,單程20億公里的航程,單靠離子引擎是不足以到達(dá)的。隼鳥在飛行中還使用了借力飛行軌道技術(shù)。這一技術(shù)依靠地球的重力場(chǎng),可以不使用探測(cè)器的燃料就改變其軌道的方向及速度。

隼鳥升天后第18天,離子引擎開始點(diǎn)火。差不多一年以后,隼鳥開始調(diào)整軌道,通過(guò)離子引擎加借力飛行的方式,逐步靠近絲川。

隼鳥只攜帶了幾十公斤的燃料,便完成了這次漫長(zhǎng)的航程。

一波三折,兩度登陸絲川

隼鳥用兩年零三個(gè)月的時(shí)間完成20億公里飛行后,于2005年11月20日開始第一次在絲川上著陸。

按計(jì)劃,隼鳥通過(guò)拍攝絲川表面的圖像,經(jīng)自己處理后決定著陸地點(diǎn)。但令人感到麻煩的是,隼鳥在著陸時(shí)圖像處理功能出了問(wèn)題。

在知道隼鳥已經(jīng)不能自己選擇著陸地點(diǎn)后,“我們只好幫助隼鳥著陸。”NEC公司高級(jí)工程師白川健一在接受日本《每日新聞》采訪時(shí)說(shuō),如果從地球向20億公里外的隼鳥發(fā)送指令,40分鐘以后才能送達(dá),那時(shí)隼鳥的狀態(tài)已經(jīng)有了很大的變化。顯然,隼鳥無(wú)法靠地球的指令來(lái)工作。

負(fù)責(zé)控制隼鳥姿勢(shì)的白川并不直接負(fù)責(zé)它的著陸,但當(dāng)他看到控制室的其他同事在焦急地處理相關(guān)問(wèn)題時(shí),自己也開始收集相關(guān)信息。經(jīng)過(guò)努力,白川開發(fā)了一套能夠推定隼鳥大致位置的程序,以幫助其尋找著陸方式。最終,隼鳥依靠這一程序成功著陸。

按照設(shè)計(jì),隼鳥在著陸前,應(yīng)該發(fā)射一個(gè)球體打在絲川的巖石表面上,這一發(fā)射濺起的灰塵在隼鳥降落時(shí)將落入其容器里。但事實(shí)上隼鳥在著陸前未能發(fā)射出球體,現(xiàn)在,人們只能期待在其著陸時(shí)有灰塵“落入”到它攜帶的容器中——哪怕有一粒沙子大小的物質(zhì)落入容器,也是人類第一次獲得的小行星標(biāo)本。

小行星在太陽(yáng)系誕生46億年前就保持了現(xiàn)在的狀態(tài),直接分析小行星上的物質(zhì),能對(duì)太陽(yáng)系的歷史及成長(zhǎng)過(guò)程找到新的發(fā)現(xiàn),如果有有機(jī)物的話,還能對(duì)生命的起源做出新的解釋。

地球上不斷有流星(隕石)落下,但隕石在通過(guò)大氣層時(shí)遭遇的高溫,以及落到地球后受到的地球環(huán)境的影響,會(huì)令它所含有的物質(zhì)出現(xiàn)種種變化。而直接從絲川上提取的標(biāo)本則不會(huì)受這些因素的影響。

日本茨城大學(xué)礦物學(xué)教授野口高明在回答日本媒體采訪時(shí)說(shuō):“隼鳥帶回的物質(zhì)保有宇宙空間中的狀態(tài),也許能讓我們找到隕石上所沒有的物質(zhì),得到分析隕石所無(wú)法得到的新結(jié)果?！睆默F(xiàn)在到8月份,人們將密切關(guān)注隼鳥密封艙中從絲川上帶回的任何蛛絲馬跡。

第一次著陸成功后,隼鳥一度離開絲川,其后的11月26日,隼鳥第二次在絲川上著陸。這次著陸本可以期待更多成果,但隼鳥開始不斷出現(xiàn)故障。

命運(yùn)多舛,出人意料回歸地球

第二次著陸絲川,的確是隼鳥命運(yùn)的巨大轉(zhuǎn)折。

2005年12月8日,可能是由于燃料泄漏所致,隼鳥癱瘓?jiān)诮z川上,接著失去了和地球之間的通訊?！蚌励B可能要消失了?！笨刂剖依锏暮芏嗳硕荚谛睦飳?duì)自己說(shuō)。

日本長(zhǎng)野縣設(shè)置的直徑64米的巨型天線,雖然還在積極尋找來(lái)自隼鳥的信息,并不斷把地面指令發(fā)送出去,但沒有收到任何回音。

2006年新年過(guò)后的1月23日,在東京遠(yuǎn)郊相模原市的宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)管制室里,西山和孝副教授瞟了一眼7個(gè)星期以來(lái)沒有任何變化的電腦屏幕,感覺曲線發(fā)生了一點(diǎn)微弱的變化。在這天的日記上,西山寫道:“我在4.35千赫的頻道上發(fā)現(xiàn)了信號(hào),終于我們又能和探測(cè)器進(jìn)行電波聯(lián)系了。”只要有電波能傳過(guò)來(lái),地面控制室就會(huì)想盡辦法為隼鳥“治療傷病”。此時(shí),在人們的想象中,隼鳥已經(jīng)傷痕累累。

讓隼鳥重新回到地球顯然不是一件容易的事。白川健一想到了太陽(yáng)光的壓力,他想通過(guò)這個(gè)壓力來(lái)調(diào)整隼鳥的姿態(tài),讓它飛回地球。但在并不清楚隼鳥狀態(tài)的情況下,預(yù)測(cè)太陽(yáng)光的壓力非常困難,只能靠想象來(lái)一點(diǎn)一點(diǎn)地調(diào)整。

到了2009年11月,眼看著隼鳥已經(jīng)接近地球,此時(shí)引擎卻停止了工作。這一消息傳到NEC主管堀內(nèi)康男那里時(shí),4個(gè)引擎中的3個(gè)已經(jīng)不能工作,靠剩下的一個(gè)引擎讓隼鳥返回地球非常困難,加上12臺(tái)調(diào)整飛行姿態(tài)的化學(xué)引擎全部出了故障,這回也許隼鳥真的飛不回來(lái)了。

堀內(nèi)提議讓兩個(gè)已經(jīng)不能工作的引擎中沒有損壞的部分連在一起,組成一個(gè)新的引擎?！拔覀?cè)诘孛嫔蠌奈醋鲞^(guò)這樣的實(shí)驗(yàn),也許這么一來(lái)會(huì)加重隼鳥損壞的程度?！钡礼R要當(dāng)活馬醫(yī)。負(fù)責(zé)引擎控制的國(guó)中均教授同意了堀內(nèi)的建議,結(jié)果竟然真的拼裝出了一個(gè)可以使用的引擎。隼鳥就靠著這個(gè)拼裝的離子引擎,加上剩下的那個(gè)正常引擎,比原計(jì)劃多飛行了20億公里,多用了3年的時(shí)間,“一瘸一拐地”在2010年6月13日晚,劃過(guò)澳大利亞沙漠上空回到了地球。

四大成就推動(dòng)日本特色宇航事業(yè)

日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所副所長(zhǎng)井上弘基對(duì)《中國(guó)新聞周刊》說(shuō):“隼鳥的技術(shù)成就主要反映在4個(gè)方面。第一是使用離子引擎進(jìn)行了宇宙航行,隼鳥的航行以此為動(dòng)力,比原計(jì)劃多走了20億公里,多用了3年時(shí)間;第二,隼鳥兩次登陸絲川,使用了自動(dòng)航行、自動(dòng)著陸系統(tǒng),這在宇宙航空中還屬首次;第三,在沒有重力的環(huán)境下采集樣本;第四,隼鳥通過(guò)密封艙將樣本帶回地球。”前三個(gè)成就已經(jīng)讓世界看到了日本宇航技術(shù)的最新進(jìn)展,而最后一個(gè)成就是否實(shí)現(xiàn),還要看目前正在進(jìn)行的對(duì)密封艙的檢測(cè)結(jié)果。

隼鳥的回歸極大鼓舞了日本的民心。紀(jì)錄片《隼鳥回歸地球》從6月20日開始在大阪市立科學(xué)館上映后,場(chǎng)場(chǎng)爆滿。該館決定在11月28日以前,每天上映這部紀(jì)錄片。另外,它還將在千葉縣和福島縣的科學(xué)館上映。

影片中隼鳥劃破夜空,降落在澳大利亞沙漠里的鏡頭,讓觀眾看得熱淚盈眶?！鞍僬鄄粨?隼鳥給了我生存下去的勇氣”“我不知不覺地給隼鳥鼓起掌來(lái),簡(jiǎn)直不相信那是一個(gè)探測(cè)器?！币恍┯^眾激動(dòng)地說(shuō)。

從1956年開始從事宇航研發(fā)的NEC公司,在隼鳥回歸后也堅(jiān)定了繼續(xù)從事相關(guān)研究的決心。2001年該公司并購(gòu)了東芝的相關(guān)部門,到2009年,其事業(yè)規(guī)模已經(jīng)上升到5億美元。10年后,NEC將會(huì)把宇航事業(yè)的規(guī)模提升到10億美元左右。

目前,日本政府開始向隼鳥的后續(xù)項(xiàng)目追加投資。一個(gè)新的不同于美俄的宇航項(xiàng)目、一個(gè)經(jīng)費(fèi)節(jié)儉的宇航事業(yè),正在日本重新開始推行起來(lái)?！?/p>