再續(xù)傳奇——隼鳥(niǎo)2號(hào)的小行星探測(cè)之旅(上)

鸑鷟鹓雛　徐蒙

隼鳥(niǎo)2號(hào)的重大改進(jìn)

隼鳥(niǎo)2號(hào)沿用隼鳥(niǎo)號(hào)已經(jīng)驗(yàn)證的平臺(tái)和技術(shù)，整體結(jié)構(gòu)跟隼鳥(niǎo)號(hào)差不多，只是體積和質(zhì)量都比隼鳥(niǎo)號(hào)略大，這主要是因?yàn)樗鄮Я艘恍﹥x器。為了避免之前隼鳥(niǎo)號(hào)遇到的各種意外再次發(fā)生，工程師們對(duì)隼鳥(niǎo)2號(hào)進(jìn)行了許多有針對(duì)性的重大改進(jìn)。下面我們就來(lái)看看吧！

隼鳥(niǎo)2號(hào)

天線

天線可是隼鳥(niǎo)2號(hào)與前輩區(qū)別最大的部分了。隼鳥(niǎo)號(hào)頭頂只有一個(gè)長(zhǎng)得像鍋一樣的高增益拋物面天線，然而隼鳥(niǎo)號(hào)最大的一次事故就是和地球失聯(lián)，因此隼鳥(niǎo)2號(hào)采用了“雙保險(xiǎn)”——頭頂裝有兩個(gè)高增益天線。這兩個(gè)高增益天線的頻段不同，一個(gè)是X波段的，專門(mén)用于深空探測(cè);另一個(gè)是Ka波段的，通信帶寬明顯高于X波段，所以地面下載數(shù)據(jù)的速度也會(huì)更快。這兩個(gè)頻段的天線彼此之間互相“聽(tīng)”不見(jiàn)，因此也不會(huì)相互干擾。地面的工作人員利用它們就可以更高效地與隼鳥(niǎo)2號(hào)“交流”了。

測(cè)星儀

隼鳥(niǎo)號(hào)是用一個(gè)測(cè)星儀來(lái)自動(dòng)追蹤和校準(zhǔn)位置的，而隼鳥(niǎo)2號(hào)的前方多出了一個(gè)測(cè)星儀。兩個(gè)測(cè)星儀不僅可以單獨(dú)測(cè)量星體位置，彼此之間還可以采用干涉測(cè)量，這極大地提高了隼鳥(niǎo)2號(hào)自己定位的精度和軌道調(diào)整的精確度，為隼鳥(niǎo)2號(hào)搜尋目標(biāo)小行星和返回地球提供了保障。

撞擊器

隼鳥(niǎo)2號(hào)的底部視圖，正中間的黃色圓形物體就是小型撞擊器，周邊環(huán)繞的5個(gè)小球就是標(biāo)記球，正上方是采樣桿

隼鳥(niǎo)2號(hào)的底部攜帶了一枚小型的撞擊器，這枚撞擊器的作用就是狠狠砸向小行星，力圖將小行星內(nèi)部的物質(zhì)砸出來(lái)。這次攜帶的撞擊器堪稱“大號(hào)的高爆彈”，主體由2.5千克重的銅質(zhì)彈體和4.7千克的炸藥組成，通過(guò)在空中引爆炸藥，將銅質(zhì)彈體加速至2千米/秒的速度并撞向小行星表面，形成一個(gè)人造撞擊坑。隼鳥(niǎo)2號(hào)將在這個(gè)新的撞擊坑附近著陸，探尋小行星內(nèi)部的物質(zhì)。

標(biāo)記球

標(biāo)記球的作用是協(xié)助探測(cè)器安全降落。探測(cè)器到小行星的垂直距離很容易測(cè)量出來(lái)，但是探測(cè)器的水平移動(dòng)距離卻不方便測(cè)量，“隼鳥(niǎo)”家族的工程師們就想：這時(shí)如果探測(cè)器能自己向小行星表面釋放一個(gè)“燈塔”就好了！由此，標(biāo)記球出現(xiàn)了。在每次著陸采樣之前，“隼鳥(niǎo)”都會(huì)先釋放一個(gè)標(biāo)記球，這個(gè)標(biāo)記球會(huì)反射探測(cè)器閃光燈發(fā)出的光，就像一座小型燈塔一樣為探測(cè)器指路，“隼鳥(niǎo)”由此便可得知自己的位置變化，尤其是水平方向的位置變化。隼鳥(niǎo)2號(hào)裝配了5個(gè)標(biāo)記球，比隼鳥(niǎo)號(hào)多了2個(gè)。

隼鳥(niǎo)2號(hào)攜帶的5個(gè)標(biāo)記球

多個(gè)著陸器和巡視器

隼鳥(niǎo)2號(hào)攜帶的著陸器

隼鳥(niǎo)號(hào)當(dāng)年曾攜帶1枚約500克的微型巡視器“密涅瓦”，但因?yàn)椴僮魇д`，這枚巡視器沒(méi)能成功落在小行星“絲川”表面。以防萬(wàn)一，這次隼鳥(niǎo)2號(hào)攜帶了1個(gè)著陸器和3個(gè)巡視器。不過(guò)，因?yàn)檫@些分離設(shè)備都裝在隼鳥(niǎo)2號(hào)底部，所以肉眼看上去它們的這個(gè)差別并不明顯。

隼鳥(niǎo)2號(hào)攜帶的巡視器

自主控制系統(tǒng)

隼鳥(niǎo)2號(hào)與前輩最大的內(nèi)在差別在于它升級(jí)了自主控制系統(tǒng)。由于“隼鳥(niǎo)”家族的目的地距離地球很遠(yuǎn)，遠(yuǎn)到以光速前進(jìn)都需要好幾分鐘，這樣，地面的隔空喊話必然會(huì)有幾分鐘的延遲，因此鞭長(zhǎng)莫及的工程師們索性就把主動(dòng)權(quán)交給探測(cè)器自己了。

當(dāng)年隼鳥(niǎo)號(hào)就是因?yàn)樽陨淼目刂葡到y(tǒng)不夠完善才導(dǎo)致姿態(tài)調(diào)整接二連三地出現(xiàn)問(wèn)題。所以，隼鳥(niǎo)2號(hào)必須有更完善的自主控制系統(tǒng)，才能在探測(cè)過(guò)程中自主控制飛行姿態(tài)，自主完成著陸、采集和起飛的操作。

小行星“龍宮”

隼鳥(niǎo)2號(hào)計(jì)劃探測(cè)的小行星“龍宮（Ryugu）”和當(dāng)年隼鳥(niǎo)號(hào)探測(cè)的小行星“絲川（Itokawa）”有許多相似之處，比如它們的體積都很小（直徑不足1000米）、它們都屬于近地小行星中的一支——阿波羅型小行星。

龍宮的大小和形狀

和小行星“絲川”一樣，在探測(cè)器發(fā)射前，小行星“龍宮”都還沒(méi)有一個(gè)正式的名字，只有臨時(shí)編號(hào)1999 JU3。

“龍宮”這個(gè)名字源于日本民間故事《浦島太郎》，故事里的浦島太郎被海龜帶往海底龍宮，在龍宮受到了乙姬公主的熱情款待，回到人間的時(shí)候帶回一個(gè)寶盒。借由這個(gè)故事，人們?yōu)轹励B(niǎo)2號(hào)探測(cè)的小行星取名為“龍宮”，是希望隼鳥(niǎo)2號(hào)能像浦島太郎一樣從“龍宮”帶回珍貴的信息。

“龍宮”這個(gè)名字還有另一重含義。因這顆小行星是碳質(zhì)小行星，上面有大量碳酸鹽礦物，這表明小行星上可能含有一定量的水，這也非常符合“海底龍宮”的意味。

科學(xué)家們之所以選擇這顆小行星進(jìn)行探測(cè)，一是因?yàn)樾⌒行遣幌裥行呛痛笮托l(wèi)星一樣經(jīng)歷過(guò)劇烈的地質(zhì)和物理改造，或許還保留著原始太陽(yáng)系的成分和信息;二是這類碳質(zhì)小行星被認(rèn)為是碳質(zhì)球粒隕石的母體，除了可能含水之外，有些還富含有機(jī)物。地球早期的水和生命可能就是由富含水和有機(jī)物的小行星和彗星撞擊帶來(lái)的。也就是說(shuō)，探測(cè)這樣的小行星既可以幫助人們了解太陽(yáng)系早期的歷史和演化，說(shuō)不定也可以幫助人們尋找到地球生命起源的線索。

奔向宇宙

2014年12月3日，隼鳥(niǎo)2號(hào)并不是急急忙忙地飛向目標(biāo)小行星，而是先做了一遍身體檢查，確認(rèn)了負(fù)責(zé)探測(cè)器飛行功能的離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)和負(fù)責(zé)與地球通信的Ka波段高增益天線一切正常。

歷經(jīng)3個(gè)月的在軌測(cè)試后，2015年3月5日，隼鳥(niǎo)2號(hào)體檢合格后，正式開(kāi)始了漫長(zhǎng)的巡航之旅。

隼鳥(niǎo)2號(hào)不著急起程的另一個(gè)原因也和其軌道設(shè)計(jì)有關(guān)，“隼鳥(niǎo)”家族為了充分節(jié)約燃料，都選擇了前往小行星的“經(jīng)濟(jì)艙”，通過(guò)進(jìn)入環(huán)繞太陽(yáng)的飛行軌道，慢慢與小行星“龍宮”的軌道交會(huì)，其間還要在地球上空“中轉(zhuǎn)”一次來(lái)“借力”加速。

2015年12月，地球和隼鳥(niǎo)2號(hào)都圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)了一圈，在最初的起點(diǎn)再次相會(huì)。通過(guò)這次相會(huì)，隼鳥(niǎo)2號(hào)獲得地球的引力助推，這樣又能節(jié)省不少燃料。

在對(duì)著地球回眸一笑之后，隼鳥(niǎo)2號(hào)開(kāi)始調(diào)整軌道飛向小行星“龍宮”，開(kāi)始了一場(chǎng)漫長(zhǎng)的追逐賽。2018年6月3日，隼鳥(niǎo)2號(hào)追上了小行星“龍宮”，此時(shí)兩者的距離僅有2600千米，相當(dāng)于北京到昆明的距離。此時(shí)，隼鳥(niǎo)2號(hào)不慌不忙地關(guān)閉了自己的離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)。因?yàn)殡x子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力比較小，這么小的“油門(mén)”不適用于急剎車，于是隼鳥(niǎo)2號(hào)在到達(dá)終點(diǎn)前并沒(méi)有沖刺，而是選擇關(guān)掉動(dòng)力。

隼鳥(niǎo)2號(hào)的設(shè)計(jì)軌道

即使沒(méi)有動(dòng)力，在巨大的慣性作用下，隼鳥(niǎo)2號(hào)的速度也比飛機(jī)快得多，不過(guò)小行星“龍宮”也不落下風(fēng)，因此隼鳥(niǎo)2號(hào)還需要一個(gè)月左右的時(shí)間，才能抵近“龍宮”。

2018年6月17日，隼鳥(niǎo)2號(hào)離小行星“龍宮”只有300千米左右的距離了，這個(gè)距離只相當(dāng)于上海到南京的距離。6月22日，距離進(jìn)一步縮短到了44千米，大約相當(dāng)于北京地鐵6號(hào)線或上海地鐵9號(hào)線全程的長(zhǎng)度了！

按計(jì)劃，在抵達(dá)小行星“龍宮”之后，地面的工作人員會(huì)給隼鳥(niǎo)2號(hào)安排長(zhǎng)達(dá)一年半的時(shí)間進(jìn)行探訪活動(dòng)。這么長(zhǎng)的時(shí)間應(yīng)該足夠隼鳥(niǎo)2號(hào)完成工作，甚至偶爾出點(diǎn)兒?jiǎn)栴}也不影響進(jìn)度。

在接下來(lái)一年半的時(shí)間，隼鳥(niǎo)2號(hào)還會(huì)有什么奇遇？它又會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)怎樣的“龍宮”呢？我們下期再見(jiàn)。