日本小行星探測(cè)器隼鳥―2運(yùn)行成果分析

王存恩（北京空間科技信息研究所）

用ONC-W1拍攝的著陸照片

1 引言

盡管日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）研制的小行星探測(cè)器“隼鳥”（Hayabusa）出現(xiàn)了一系列故障，包括3個(gè)反作用飛輪中兩個(gè)停轉(zhuǎn)，化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)燃料泄漏等，但管控人員利用1個(gè)還能正常工作的飛輪和離子發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行精心地管控和操作，使攜帶著從小行星糸川（Itokawa）上采集到的10mg樣品的密封艙安全回到地面。這也使日本成為世界上首個(gè)掌握小行星取樣返回地面的國(guó)家。

在“隼鳥”病入膏肓艱難之際，其后續(xù)計(jì)劃幾乎壽終正寢，攜帶著采集到的樣品成功返回地面后，包括美國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家和空間組織對(duì)其后續(xù)計(jì)劃產(chǎn)生濃厚興趣，表示愿意與其合作，甚至提出提供發(fā)射工具等優(yōu)惠條件。JAXA因遲遲未能得到政府撥款也曾與美國(guó)等國(guó)家進(jìn)行過(guò)接觸，商討合作，但日本政府為確保其在深空探測(cè)領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位，決定支持啟動(dòng)隼鳥-2計(jì)劃，并于2014年12月3日發(fā)射。

隼鳥-2公用平臺(tái)優(yōu)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：變“隼鳥”的3飛輪為隼鳥-2的4斜裝飛輪；強(qiáng)化了智能化設(shè)計(jì)和故障預(yù)報(bào)能力等多項(xiàng)措施；改進(jìn)了通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配備了高增益Ka頻段平面天線等，以實(shí)現(xiàn)通信高速化，做到圖像和數(shù)據(jù)傳輸暢通，確保按管控要求精準(zhǔn)地降升軌，各種觀測(cè)和測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)對(duì)象進(jìn)行觀測(cè)。從布滿巖石的龍宮小行星表面找到了可釋放巡視器和著陸器的地段。有效載荷保留了彈子取樣，小型跳躍式巡視器的攜帶數(shù)量從1個(gè)增加到3個(gè)，增加了向軌道上投放德國(guó)和法國(guó)提供的著陸器；增加了新的采樣手段，利用攜帶的撞擊裝置（SCI）撞擊小行星形成小行星坑并從中取樣。

2 確定投放和著陸與取樣點(diǎn)，以及投放目標(biāo)標(biāo)識(shí)器

隼鳥-2有效載荷平臺(tái)上配備了光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)（ONC-T）、近紅外光譜儀（NIRS）、中紅外攝像敏感器（TIR）、激光高度計(jì)（LIDAR）、分離監(jiān)測(cè)相機(jī)（DCAM）等5種觀測(cè)和測(cè)量?jī)x器。利用搭載的這些觀測(cè)和測(cè)量?jī)x器對(duì)龍宮小行星進(jìn)行幾乎全方位的觀測(cè)、攝像和測(cè)量。隼鳥-2于2018年6月27日飛抵距龍宮小行星20km的上空，以及之后的降軌觀測(cè)告訴設(shè)計(jì)者：觀測(cè)對(duì)象—龍宮小行星的實(shí)際情況要比當(dāng)初預(yù)料的惡劣得多：不僅表面布滿巖石，而且還有不少是直徑為8m，乃至10m的巖石塊，在龍宮上幾乎很難找到一塊地勢(shì)較平坦、巖石直徑小于60cm的可供探測(cè)器著陸的地段，宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)不得不取消原定的兩次演練在龍宮小行星表面著陸的計(jì)劃，以及大幅度地推遲了釋放跳躍式巡視器智慧女神-Ⅱ-1，2（MINERVE-Ⅱ-1，2）和著陸器“吉祥物”（MASCOT），隼鳥-2探測(cè)器在龍宮表面著陸和彈射彈子取樣，以及在龍宮小行星上炸坑與取樣的時(shí)間等。

隼鳥―2及其所攜帶的跳躍式巡視器、著陸器的著陸地點(diǎn)和候補(bǔ)著陸點(diǎn)

值得慶幸的是，利用探測(cè)器上搭載的光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)、近紅外分光器、中紅外攝像敏感器和激光高度計(jì)等觀測(cè)和測(cè)量?jī)x器在距龍宮小行星20km的上空和多次降軌所進(jìn)行的一系列觀測(cè)和測(cè)量，掌握了龍宮的形狀、直徑和體積，獲取了龍宮小行星上的重力參數(shù)，確認(rèn)了龍宮表面覆蓋物的密度等；判別龍宮小行星表面基本（50%以上）都是內(nèi)部有空隙的巖塊；通過(guò)對(duì)其考察、分析和重力測(cè)量，基本可判斷龍宮小行星表面的形成與進(jìn)化過(guò)程，確定其自轉(zhuǎn)周期，并認(rèn)定龍宮小行星是一個(gè)對(duì)稱性強(qiáng)、高速旋轉(zhuǎn)的陀螺形小天體，而且因離心力導(dǎo)致變形的可能性很大；還認(rèn)定即便龍宮小行星以當(dāng)前2倍的速度自轉(zhuǎn)，也不會(huì)使其表面巖石等呈傾斜分布狀態(tài)；光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)的分光觀測(cè)數(shù)據(jù)還證明：龍宮小行星若抵達(dá)赤道分界線處，即便是在受宇宙風(fēng)化影響小的情況下，各種新鮮物質(zhì)裸露的概率也很大；還判斷出位于赤道分界線處的L08區(qū)域是龍宮小行星上最適于取樣的地點(diǎn)。

確定投放和著陸與取樣點(diǎn)

2018年8月17日，召開了有決策者、參研單位技術(shù)人員參加的“確定投放巡視器、著陸器和探測(cè)器著陸點(diǎn)協(xié)商會(huì)”。對(duì)光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)等提供的觀測(cè)圖像和測(cè)得的重力數(shù)據(jù)，以及分析結(jié)果，從位于低緯度和中緯度范圍內(nèi)選出的13個(gè)候補(bǔ)投放和著陸點(diǎn)中篩選出7個(gè)供投放巡視器和著陸器，9個(gè)供隼鳥-2著陸的著陸點(diǎn)和候選著陸點(diǎn)；再繼續(xù)分析比對(duì)，最后確定了執(zhí)行投放和著陸任務(wù)的時(shí)間，投放3個(gè)跳躍式巡視器MINERVE-Ⅱ和小型著陸器MASCOT的地點(diǎn)，以及探測(cè)器的著陸點(diǎn)、候選著陸地點(diǎn)。

投放3個(gè)跳躍式巡視器MINERVE-Ⅱ-1A，1B和MINERVE-Ⅱ-2時(shí)間：2018年9月21日；投放地點(diǎn)：N6。

投放著陸器MASCOT時(shí)間：2018年10月3日；投放地點(diǎn)：MA9。

隼鳥-2首次著陸時(shí)間：2019年2月22日；著陸點(diǎn)：L08；候補(bǔ)著陸點(diǎn)：L07、M4。

隼鳥-2第二次著陸時(shí)間：2019年5月下旬；引爆爆炸裝置時(shí)間：4月5日；爆炸點(diǎn)和著陸點(diǎn)：L12；候補(bǔ)著陸點(diǎn)：S01。

參會(huì)者認(rèn)為：在N6點(diǎn)投放巡視器，MA9處投放著陸器，隼鳥-2探測(cè)器在L08和L12著陸，不僅有利于進(jìn)一步確認(rèn)龍宮當(dāng)前的形狀，還能通過(guò)對(duì)采集到的樣品進(jìn)行分析確認(rèn)龍宮表面主要組成物質(zhì)碳素的強(qiáng)度等，對(duì)研究太陽(yáng)系的起源、進(jìn)化和生命的起源有重要作用。

探測(cè)器上攜帶的巡視器、著陸器能否準(zhǔn)確地投放到指定地點(diǎn)，探測(cè)器能否在指定的地點(diǎn)安全著陸，是能否完成一系列任務(wù)的關(guān)鍵，而要順利地將巡視器、著陸器投放到指定地點(diǎn)，探測(cè)器安全地在著陸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)著陸，必須提前確定好投放地點(diǎn)和著陸點(diǎn)，對(duì)布滿巖石的龍宮小行星尤其重要。

投放目標(biāo)標(biāo)識(shí)器

探測(cè)器能否把巡視器、著陸器投放到選定的投放點(diǎn)，不僅關(guān)系到是否能有效地對(duì)龍宮小行星進(jìn)行詳細(xì)地觀測(cè)和測(cè)量，還決定探測(cè)器能否在選定的著陸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)著陸和采集到彈子彈射起的樣品，以及探測(cè)器上所攜帶的撞擊裝置爆炸后形成的錐形銅金屬塊能否撞擊到小行星上選定的撞擊點(diǎn)，并形成小行星坑，乃至能否實(shí)現(xiàn)探測(cè)器在選定的著陸點(diǎn)著陸，以及完成對(duì)龍宮小行星內(nèi)部取樣。因此，JAXA決定像“隼鳥”探測(cè)器一樣，預(yù)先向在小行星表面選定的各個(gè)點(diǎn)投放目標(biāo)標(biāo)識(shí)器，由其引導(dǎo)探測(cè)器把巡視器和著陸器投放到選定的地點(diǎn)，探測(cè)器在指定地點(diǎn)著陸，并按設(shè)計(jì)要求彈射出彈子和采集到濺射起的碎片，以及確保爆炸后形成的金屬塊撞擊到選定點(diǎn)，并指引探測(cè)器在龍宮小行星上的小行星坑區(qū)內(nèi)著陸和取樣。

目標(biāo)標(biāo)識(shí)器是個(gè)直徑為10cm、表面貼滿發(fā)光反射膜的球形體，預(yù)先投放到小行星表面選定點(diǎn)，執(zhí)行投放和著陸任務(wù)前，探測(cè)器打開閃光燈照射它就會(huì)成為一個(gè)小燈塔，引導(dǎo)探測(cè)器將巡視器和著陸器投放到它指引的地點(diǎn)，幫助探測(cè)器在選定地點(diǎn)安全著陸。

之前，“隼鳥”探測(cè)器只攜帶3個(gè)目標(biāo)標(biāo)識(shí)器，而隼鳥-2攜帶了5個(gè)。在探測(cè)器投放巡視器和著陸器，以及探測(cè)器在龍宮小行星上著陸前，即2018年10月25日，隼鳥-2探測(cè)器向小行星表面投放演練著陸用的兩個(gè)目標(biāo)標(biāo)識(shí)器。

10月24日，隼鳥-2探測(cè)器就開始做投放準(zhǔn)備工作。12：00，探測(cè)器從距龍宮小行星20km的上空以40cm/s的速度降軌，大約23：40，到達(dá)距龍宮小行星4500km的上空；然后，放慢下降速度為10cm/s；25日11：37，探測(cè)器就在距龍宮小行星僅12m前的1min，再次確認(rèn)選定的演練著陸區(qū)域沒(méi)有大于60cm的巖石，不會(huì)對(duì)探測(cè)器造成損害，則指令探測(cè)器繼續(xù)下降到距龍宮小行星表面僅12m處，并按規(guī)定將兩個(gè)目標(biāo)標(biāo)識(shí)器（TM-A和B）投放到龍宮小行星表面L08-E1區(qū)域，它實(shí)際上引導(dǎo)了隼鳥-2在L08-E1區(qū)域內(nèi)安全著陸。

目標(biāo)標(biāo)識(shí)器

標(biāo)識(shí)器的主要配置

3 探測(cè)計(jì)劃擬完成的核心任務(wù)

小行星探測(cè)器隼鳥-2原計(jì)劃在龍宮小行星表面著陸4次：前兩次是演練著陸，同時(shí)確認(rèn)最終著陸點(diǎn)，但因龍宮小行星布滿巖石，從安全角度考慮取消了演練。因此，隼鳥-2探測(cè)器要完成的只有5項(xiàng)核心任務(wù)。

通過(guò)觀測(cè)與測(cè)量獲取與小行星相關(guān)的信息，并提供確定投放和著陸點(diǎn)等依據(jù)

隼鳥-2探測(cè)器利用搭載的光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)、近紅外分光器、中紅外攝像敏感器、激光高度計(jì)等4種觀測(cè)和測(cè)量?jī)x器對(duì)龍宮小行星進(jìn)行詳細(xì)地觀測(cè)，獲取用于龍宮小行星表面礦物質(zhì)成分調(diào)查、記錄龍宮表面溫度變化，以及測(cè)得的龍宮表面磁場(chǎng)的照片和數(shù)據(jù)信息，還為管控人員提供選擇投放和著陸點(diǎn)的信息，對(duì)此第2章做了闡述；此外，分離監(jiān)控?cái)z像敏感器監(jiān)控了撞擊裝置與探測(cè)器分離，以及引爆撞擊裝置形成錐形銅金屬塊及其快速撞擊龍宮小行星上選定的撞擊點(diǎn)和形成小行星坑情況。

投放跳躍式巡視器

隼鳥-2探測(cè)器上攜帶了3個(gè)跳躍式巡視器，其中兩個(gè)巡視器MINERVE-Ⅱ-1A和1B是由JAXA研制的，另一個(gè)MINERVE-Ⅱ-2巡視器是由東北大學(xué)等5所大學(xué)研制的。

（1）MINERVE―Ⅱ―1概況

MINERVE-Ⅱ-1A和1B這兩個(gè)巡視器在“隼鳥”上搭載的MINERVE基礎(chǔ)上做了必要改進(jìn)，是一種新型跳躍式巡視器。MINERVE巡視器沒(méi)有在小行星糸川表面著陸的原因是，沒(méi)有把下達(dá)投放指令與實(shí)際執(zhí)行指令間的延遲（16s）計(jì)算在內(nèi)。隼鳥-2采取了杜絕這種低級(jí)人為差錯(cuò)的辦法。

巡視器MINERVE-Ⅱ-1A和1B，兩者無(wú)論尺寸（直徑為1.8cm×7cm）、質(zhì)量（1.25kg），還是行走方式都完全相同；兩個(gè)巡視器再加上分離機(jī)構(gòu)，體積則為 22.5cm×22.5cm×20.5cm，質(zhì)量為3.3kg。巡視器上都配置廣角和立體相機(jī)、溫度傳感器、發(fā)光二極管、蓄電池、加速度計(jì)和陀螺。設(shè)計(jì)者進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，以確保巡視器能適應(yīng)苛刻的龍宮表面環(huán)境，以及供電等限制，完全依靠自主判斷和高水平的自適應(yīng)控制就能確保兩個(gè)巡視器在酷熱的中午和氣溫極低的夜晚自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，在最適于工作的清晨和傍晚利用自身攜帶的兩臺(tái)DC電機(jī)和蓄電池向各種儀器供電，完成了觀測(cè)、測(cè)量和拍照等任務(wù)；此外，還通過(guò)探測(cè)器上搭載的中繼器（OME-E）完成了與地面進(jìn)行必要的通信，以32kbit/s的速度向地面?zhèn)鬏斄双@取的數(shù)據(jù)和拍攝的圖像等。

（2）投放地點(diǎn)和時(shí)間

在確定著陸點(diǎn)的協(xié)商會(huì)上，設(shè)計(jì)者闡述了設(shè)計(jì)時(shí)就提出的4個(gè)必要條件：

1）遠(yuǎn)離選定的隼鳥-2著陸點(diǎn)和候補(bǔ)著陸點(diǎn)；

2）與MASCOT不能在同一著陸區(qū)域著陸；

3）MINERVE-Ⅱ不能在高溫地帶，以及陰影區(qū)非常小的位置與探測(cè)器分離，應(yīng)在距赤道100m的北半球上空與探測(cè)器分離，才能確保著陸后南北方向有一寬闊的移動(dòng)和觀測(cè)地帶，否則若在南半球與探測(cè)器分離，要將巡視器投放到要求的地點(diǎn)，探測(cè)器很可能要下降到距龍宮小于30m之處，這樣，軌道控制精度稍有偏差，太陽(yáng)電池翼等就可能受損；

4）必須確保MINERVE-Ⅱ與地球站通信暢通。

協(xié)商會(huì)決定滿足設(shè)計(jì)時(shí)就提出的這4個(gè)條件，決定將MINERVE-Ⅱ投放到N6點(diǎn)。著陸時(shí)間為2018年9月22日。

（3）MINERVE―Ⅱ―1安全投放到預(yù)定的著陸點(diǎn)，完美完成既定任務(wù)

經(jīng)過(guò)一系列準(zhǔn)備，2018年9月20日，進(jìn)入準(zhǔn)備投放MINERVE-Ⅱ-1模式：14：10開始，隼鳥-2開始投放降軌：以40cm/s的速度從距龍宮20km處降軌，9月21日00：30，降至距龍宮表面5km處；9月21日00：30開始再次放慢以10cm/s的速度下降；21日12：40，探測(cè)器距龍宮表面僅250m，這時(shí)探測(cè)器觀測(cè)和控制等功能正常；在13：00～13：30探測(cè)器降至距龍宮小行星表面僅60m時(shí)，MINERVE-Ⅱ-1與探測(cè)器分離，MINERVE-II-1A和1B降落到預(yù)先選定的著陸點(diǎn)N6（緯度：16°～56°，黃經(jīng)60°～35°）處；接著，探測(cè)器開始以50cm/s的速度升軌，并慢慢加速，于9月22日15：00回到距龍宮小行星20km處。

投放到龍宮表面的MINERVE-Ⅱ-1A和1B利用自身攜帶的通信儀器與探測(cè)器進(jìn)行了聯(lián)系；接著，用各自攜帶的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)巡視器一邊跳躍，一邊用攜帶的裝置進(jìn)行觀測(cè)和測(cè)量，在17～18min后，即9月21日13：50左右，MINERVE-Ⅱ-1A和1B先后傳回了圖像信息，證明兩個(gè)巡視器都安全著陸。利用智能控制技術(shù)成功地控制MINERVE-Ⅱ-1A和1B在龍宮小行星表面工作超過(guò)了10個(gè)小行星日（原計(jì)劃僅1個(gè)小行星日），且做到在龍宮小行星清晨和傍晚最適于工作時(shí)段進(jìn)行跳躍，在酷熱的中午和氣溫極低的夜晚這樣不適于工作時(shí)段自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，并避開直徑60cm巖石塊，總跳躍距離為200m。獲取所需觀測(cè)和測(cè)量信息，并用其攜帶的通信儀器通過(guò)隼鳥-2探測(cè)器上的中繼器以32kbit/s的速度把獲取的圖像和數(shù)信息等傳送給了地面接收系統(tǒng)。

兩個(gè)小型跳躍式巡視器

（4） INERVE―Ⅱ―2未能按計(jì)劃投放

MINERVE-Ⅱ-2是東北大學(xué)等5所大學(xué)研制的直徑為15cm，高14.5cm，質(zhì)量為1.6kg的跳躍式巡視器，配備有相機(jī)、溫度傳感器、加速度計(jì)和用于控制、計(jì)測(cè)跳躍巡視器跳躍距離等的裝置。

探測(cè)器發(fā)射入軌后曾進(jìn)行3次檢測(cè)MINERVE-Ⅱ-2，結(jié)果顯示其狀況正常，功能尚可，與探測(cè)隼鳥-2通信聯(lián)系也無(wú)礙，但在即將投放前的檢測(cè)卻發(fā)現(xiàn)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)用的計(jì)算機(jī)處于一種未正確初始化狀態(tài)，這樣，既無(wú)法掌握MINERVE-Ⅱ-2本身狀態(tài)，也無(wú)法對(duì)相機(jī)等載荷儀器進(jìn)行控制。因此，決定放棄與MINERVE-Ⅱ-1一起投放MINERVE-Ⅱ-2的計(jì)劃。

探測(cè)問(wèn)題可能出現(xiàn)在組裝時(shí)布線纏繞，或電氣環(huán)境變化，修復(fù)幾率很低，向龍宮小行星表面投放的可能性變得很小。不過(guò)，MINERVE-Ⅱ-2的跳躍機(jī)構(gòu)（山形大學(xué)研制）是一種沒(méi)有配備電源、靠金屬構(gòu)體內(nèi)溫度變化所致的熱脹冷縮原理引起伸縮來(lái)驅(qū)動(dòng)巡視器跳躍的機(jī)構(gòu)。東北大學(xué)的吉田和哉先生表示，正尋找出現(xiàn)的故障不會(huì)影響跳躍和觀測(cè)等功能的佐證，如果能夠確認(rèn)，希望能在隼鳥-2完成各項(xiàng)主要任務(wù)后的2019年7月之前將其投放到龍宮表面，完成部分科學(xué)觀測(cè)任務(wù)。

投放著陸器

小型著陸器MASCOT是德國(guó)航空航天研究院（DLR）和法國(guó)國(guó)立航天研究中心（CNES）共同研制，搭載有廣角攝像機(jī)、熱輻射計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)和分光顯微鏡等，質(zhì)量為10kg、車體為0.275m×0.290m×0.1956m，是一個(gè)以跳躍式前進(jìn)的著陸器。

（1）投放地點(diǎn)和時(shí)間

在確定著陸點(diǎn)的協(xié)商會(huì)上，設(shè)計(jì)者也闡述了設(shè)計(jì)時(shí)就提出的4個(gè)必要條件：

1）必須選擇在北半球，并與隼鳥-2演練觸地點(diǎn)不在同一地點(diǎn)處投放；

2）與MINERVE-Ⅱ不在同一著陸點(diǎn)著陸；

3）著陸點(diǎn)必須在光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)能夠觀測(cè)到的區(qū)域；

4）必須投放到MASCOT與地球站順暢通信地段。

結(jié)合廣角光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)提供的圖像信息和重力測(cè)量數(shù)據(jù)，以及龍宮小行星表面巖石分布等狀況，協(xié)商會(huì)確定小型著陸器投放到MA9（緯度：0°～―8°，黃經(jīng)300°～320°）區(qū)段，投放時(shí)間定為2018年10月3日。

（2）成功投放新型著陸器

2018年10月2日11：50，隼鳥-2從距龍宮小行星表面20km處開始降軌，到10月3日10：55，分別放慢速度，以40cm/s、10cm/s和3cm/s這3種速度降軌，到達(dá)距龍宮表面僅51m處，開始投放MASCOT。10月3日10：57，MASCOT成功地與探測(cè)器進(jìn)行了通信；接著，連續(xù)發(fā)回了用廣角導(dǎo)航相機(jī)拍攝的3張龍宮小行星的照片，確認(rèn)MASCOT成功地在選定的著陸點(diǎn)MA9處安全著陸。10月3日11：00，隼鳥-2探測(cè)器開始升軌，10月8日15：00回到距龍宮小行星表面20km處。

在10月14-15日，MASCOT靠自身攜帶的電機(jī)驅(qū)動(dòng)著陸器以跳躍方式前進(jìn)，接著，還用自身配備的加砝碼的偏心臂梁所產(chǎn)生的反作用力矩控制MASCOT完成反轉(zhuǎn)跳躍，共工作的時(shí)間達(dá)17h，避開直徑大于60cm巖石，在龍宮小行星表面跳躍行走的總距離為200m。利用其攜帶的廣角相機(jī)連續(xù)地拍攝了龍宮小行星表面的清晰照片；用分光顯微鏡對(duì)龍宮表面礦物質(zhì)成分進(jìn)行了觀測(cè)分析；用熱輻射計(jì)測(cè)量并記錄下了龍宮表面溫度變化；用磁強(qiáng)計(jì)完成了對(duì)龍宮表面的磁場(chǎng)測(cè)量等。

首次在龍宮小行星表面著陸與彈射彈子取樣

隼鳥-2探測(cè)器在龍宮小行星表面的首次著陸的時(shí)間為2019年2月22日。首先，是要完成在龍宮小行星上著陸，接著是用彈射出的彈子撞擊龍宮小行星，并從其表面取樣。

（1）探測(cè)器著陸

原計(jì)劃2018年10月下旬就在龍宮小行星表面著陸，執(zhí)行取樣任務(wù)。然而，飛抵距龍宮小行星表面20km之前，設(shè)計(jì)者認(rèn)為，直徑為900m的龍宮小行星表面即便有巖石，也不可能找不到一塊平坦的、可供選定著陸的地帶，實(shí)際情況恰恰相反，通過(guò)在距龍宮小行星表面20km，以及距龍宮小行星表面更近距離的反復(fù)觀測(cè)才清楚：要在龍宮小行星上尋覓到一塊直徑為20～30m、巖石直徑小于60cm的較平坦地帶實(shí)在難。因此，經(jīng)從距龍宮小行星不同高度觀測(cè)，決定把首次取樣推遲至2019年2月22日。

著陸點(diǎn)L08是經(jīng)研究確定的一個(gè)半徑為3m的區(qū)域；候補(bǔ)著陸點(diǎn)定為L(zhǎng)07、M4。

執(zhí)行著陸任務(wù)前，再次提高了繪制的小行星模型的精度，強(qiáng)化探測(cè)器的自主控制能力，繪制大塊巖石集聚地，確定預(yù)報(bào)和自主避開大塊巖石的方法，并利用激光高度計(jì)實(shí)時(shí)地測(cè)量，確認(rèn)并實(shí)時(shí)地通報(bào)探測(cè)器與龍宮小行星表面的距離，控制探測(cè)器以最佳姿態(tài)迅速地捕獲已經(jīng)閃光燈照射過(guò)的目標(biāo)標(biāo)識(shí)器，由其引導(dǎo)完成在幅寬僅6m的L08-E1區(qū)域內(nèi)著陸。

2019年2月21日7：00，確認(rèn)實(shí)現(xiàn)小行星模型高精度化對(duì)策，強(qiáng)化自主控制能力，確認(rèn)捕獲目標(biāo)標(biāo)識(shí)器的方法的可行性；7：15，根據(jù)光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)提供的龍宮小行星圖像和軌道高度信息等，3次審核隼鳥-2在軌狀況，確認(rèn)可以降軌；13：32管控中心下達(dá)“降軌”指令，13：51，探測(cè)器從距龍宮小行星表面20km處以90cm/s的速度降軌（管控中心給出的降軌速度為40cm/s，但演練結(jié)果確認(rèn)以90cm/s下降沒(méi)有任何問(wèn)題，所以實(shí)際上是以這一速度下降）；17：52，探測(cè)器到達(dá)距龍宮小行星表面6km處：18：52，再次確認(rèn)是否可繼續(xù)下降。答案是肯定的：繼續(xù)下降。

2月22日6：02，探測(cè)器飛抵距龍宮小行星表面500m處，開始轉(zhuǎn)換到以搭載計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)的自主下降模式；6：31，探測(cè)器進(jìn)入了在龍宮小行星表面著陸前的準(zhǔn)備階段；7：26，將用高增益天線通信切換到用低增益天線通信方式，接收低增益天線用頻率的電波信號(hào)，依靠多普勒效應(yīng)監(jiān)控探測(cè)器的運(yùn)行速度（這時(shí)探測(cè)器距龍宮小行星表面僅45m）；7：29，探測(cè)器進(jìn)入自主下降過(guò)程，各種監(jiān)測(cè)儀器按地面操作人員19min前所發(fā)出的微調(diào)指令，一邊監(jiān)視探測(cè)器降軌，一邊做應(yīng)急準(zhǔn)備，一邊捕獲目標(biāo)標(biāo)識(shí)器，同時(shí)也做好了采取應(yīng)急措施的準(zhǔn)備：一旦出現(xiàn)異常就立即升軌；7：35，繼續(xù)用激光高度計(jì)等測(cè)量設(shè)備測(cè)量探測(cè)器與龍宮小行星的距離；7：38，探測(cè)器到達(dá)距龍宮小行星表8.5m處（處于一種懸浮狀態(tài)），這時(shí)探測(cè)器姿態(tài)處于一種略向著陸點(diǎn)方向傾斜狀態(tài)，其實(shí)這是設(shè)計(jì)者和控制者有意所為，這樣可使探測(cè)器尾部翹起，可減少乃至避免尾部搭載的離子發(fā)動(dòng)機(jī)等與龍宮小行星表面巖石接觸受損，此外，還可使目標(biāo)標(biāo)識(shí)器更早地進(jìn)入觀測(cè)儀器的視野，便于探測(cè)器向著陸處移動(dòng)；7：46，探測(cè)器姿態(tài)穩(wěn)定，降落到龍宮小行星表面；7：48，根據(jù)低增益天線的多普勒數(shù)據(jù)確認(rèn)了探測(cè)器已完成以“一觸即離”方式在龍宮小行星表面選定的半徑為3m的L08-E1區(qū)域高精度著陸；8：09，完成由低增益到高增益通信用天線的切換，探測(cè)器恢復(fù)正常接收遙測(cè)數(shù)據(jù)，確認(rèn)探測(cè)器工作正常。

2月23日12：19，隼鳥-2探測(cè)器回到了距龍宮小行星表面20km處。

（2）彈子彈射采樣

隼鳥-2探測(cè)器于2月22日7：48，以“一觸即離”方式完成了在龍宮小行星表面選定的第一著陸點(diǎn)L08-E1區(qū)域著陸，著陸精準(zhǔn)度優(yōu)于1m；8：09接收到探測(cè)器發(fā)送的多組遙測(cè)數(shù)據(jù)都證明隼鳥-2安全地飛離龍宮小行星。

這時(shí)，進(jìn)入利用彈子彈射取樣階段。

彈子彈射裝置是由彈子、火工品和控彈器等組成，雖然彈子的質(zhì)量?jī)H3.5g，要比“隼鳥”上搭載的彈子質(zhì)量輕了1.5g，但由于變成圓錐形，且密度大，因此彈射出以后比“隼鳥”上輕了1.5g的彈子的沖擊力還要強(qiáng)。

2月22日8：42，彈子彈射裝置在1/1000個(gè)大氣壓下，以300m/s的速度飛快地彈射出，撞擊到了小行星表面L08-E1。遙測(cè)數(shù)據(jù)顯示：彈子彈射裝置周圍的溫度上升，探測(cè)器上升圖像數(shù)據(jù)確認(rèn)彈子彈射裝置已將彈子彈射出，并撞擊到了龍宮小行星表面，采樣裝置以被動(dòng)方式采集到了不少于3g從龍宮小行星表面彈射起的飛濺碎片和粒子。10：40，呈張開狀態(tài)的采樣裝置的采集器喇叭口折回，封存；11：20，驅(qū)動(dòng)采樣裝置的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，關(guān)閉了采樣器A口。11：39，判斷采集到的龍宮表面樣品已裝入采樣器內(nèi)。

隼鳥―2第一次著陸位置圖

“隼鳥”用彈子投射器

用采樣裝置采集彈子彈射起的樣品

第一次撞擊后拍攝到的照片

引爆撞擊裝置炸出小行星坑與第二次著陸,以及確定從小行星內(nèi)取樣時(shí)間

原定2019年2月用撞擊裝置撞擊龍宮小行星表面后形成小行星坑，接著執(zhí)行從其內(nèi)部取樣任務(wù)，由于前面提到的原因，執(zhí)行這一任務(wù)的時(shí)間推遲到2019年4月初。

（1）取樣時(shí)間與地點(diǎn)

確定撞擊裝置與探測(cè)器分離時(shí)間為4月4日，選定的撞擊點(diǎn)，即隼鳥-2的第二個(gè)著陸與取樣點(diǎn)為L(zhǎng)12；緊接著，引爆撞擊裝置生成堅(jiān)硬、帶尖頭的銅金屬塊撞擊龍宮小行星表面，并形成小行星坑，然后從其內(nèi)部取樣。選擇著陸炸坑取樣地點(diǎn)的要求是：要在第一次著陸點(diǎn)（L08）取樣附近，且第二次著陸取樣點(diǎn)與第一次著陸取樣點(diǎn)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)必須相類似，周圍應(yīng)是較平坦又易于取樣地帶，如地極地溝和東半球地帶，但不允許與第一次著陸點(diǎn)相同。最后確定為L(zhǎng)12（緯度為6.00°、經(jīng)度為303.00°）處，候補(bǔ)著陸點(diǎn)為S01處。

（2）撞擊裝置

撞擊裝置是由日本工機(jī)白河制造所研制的直徑為30mm、質(zhì)量為14kg，內(nèi)部裝滿約9.5kg炸藥的半球型圓錐結(jié)構(gòu)體。隼鳥-2進(jìn)入龍宮小行星陰影區(qū)后，撞擊裝置與探測(cè)器分離，其中以純銅為殼體，厚度為5mm、質(zhì)量為2kg的圓錐形構(gòu)架在爆炸后在1/1000s的時(shí)間內(nèi)形成一個(gè)堅(jiān)硬的錐形銅金屬塊，并以2km/s的速度撞擊在龍宮小行星上選定的目標(biāo)點(diǎn)（L12），形成一個(gè)直徑約為10m的小行星坑。

（3）撞擊裝置與探測(cè)器分離與撞擊小行星坑

2019年4月3日7：30，控制小行星探測(cè)器隼鳥-2的運(yùn)行軌道，使之成功地進(jìn)入了龍宮小行星的陰影區(qū)、運(yùn)行軌道高度為距龍宮小行星20km處，各跟蹤臺(tái)站也都進(jìn)入跟蹤準(zhǔn)備階段，多次確認(rèn)是否可降軌；4月4日13：17，探測(cè)器以40cm/s的速度開始降軌；4日18：06，下降至距龍宮小行星表面13km處；4日23：37，探測(cè)器抵達(dá)距龍宮小行星3km處，進(jìn)一步放慢速度，即開始以10cm/s的速度繼續(xù)降軌。

4月5日11：01，探測(cè)器飛抵距龍宮小行星僅500m（龍宮小行星仍處于龍宮小行星的陰影區(qū)內(nèi)），到撞擊裝置與探測(cè)器分離前一直處于這種懸浮狀態(tài)。

4月5日11：13，撞擊裝置與探測(cè)器分離；5日11：14，監(jiān)控相機(jī)DCAM3與探測(cè)器分離；然后，隼鳥-2升軌，轉(zhuǎn)移到龍宮小行星后方的安全地帶；11：36，引爆撞擊裝置，分離監(jiān)控相機(jī)拍攝到了撞擊裝置在極短時(shí)間內(nèi)（1/1000s）形成的堅(jiān)硬錐形銅金屬塊，以2km/s的速度撞擊龍宮小行星表面所選定的目標(biāo)點(diǎn)（L12），形成小行星坑，以及炸出坑后濺射起巖石碎片和顆粒的情景；5日21：52，結(jié)束撞擊龍宮小行星及其在龍宮小行星上生成小行星坑的作業(yè)。

按計(jì)劃，隼鳥-2將于5月下旬再次飛抵龍宮小行星上空，瞄準(zhǔn)被炸出的小行星坑，以“一觸即離”方式完成著陸，并完成采集小行星內(nèi)部不少于10g樣品的作業(yè)。

隼鳥-2撞擊龍宮小行星及形成的小行星坑

4 結(jié)束語(yǔ)

隼鳥-2已完成了擬定的基本任務(wù)，只剩下5月底執(zhí)行采集樣品這項(xiàng)任務(wù)，筆者認(rèn)為只要管控組認(rèn)真總結(jié)“隼鳥”在小行星糸川上和隼鳥-2在龍宮上用彈子彈射取樣的經(jīng)驗(yàn)，完成在龍宮小行星上著陸，并從其內(nèi)部采集不少于10g樣品的把握很大。接著，就是如何控制返回密封艙與探測(cè)器分離，使之順利再入大氣層完成回收任務(wù)了。

至于第二次用彈子彈射法進(jìn)行再次取樣，由于2月22日通過(guò)彈子彈射方式已經(jīng)采集到不少于3g 的樣品，加上探測(cè)器底部用來(lái)對(duì)小行星進(jìn)行觀測(cè)的受光量有下降現(xiàn)象，為確保第二次著陸取樣，很可能不再進(jìn)行；剩下的則是投放由5所大學(xué)研制的跳躍式巡視器了，其故障很難排除，如無(wú)法排除很可能放棄投放。

在科學(xué)方面，隼鳥-2對(duì)研究太陽(yáng)系起源、進(jìn)化和生命的起源有重要作用；在技術(shù)方面，有利于日本繼續(xù)保持在深空探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位；在戰(zhàn)略方面，有助于日本拓展在防衛(wèi)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力；在社會(huì)方面，可培養(yǎng)深空探測(cè)技術(shù)人才，推進(jìn)日本火星衛(wèi)星探測(cè)著陸計(jì)劃，并為日本加入構(gòu)建國(guó)際月球站創(chuàng)造機(jī)會(huì)，增加討價(jià)還價(jià)的砝碼。