飞52亿公里的日探测器
人类对于太空的探索,发射卫星这样的小事,已经完全不能满足人们的追求太空的脚步了,弄个探测器登陆其他星球,已经成为探索宇宙最常用方式,也是各国展示科技实力的重要手段。
就目前来看,美国在航天领域技术实力是最强的,先后登陆了月球、火星,同时还发射了众多探测器,近距离观察木星、土星等。
相比较美国喜欢研究大星球,而日本出于自身实力和技术特点的现实情况考虑,对于小行星格外青睐。
不死鸟传奇——“隼鸟”
一般情况下,航天探测器从火箭点火的那一瞬间,它的整个生命周期中,面临着太多的不确定性,未来征程用生死未卜来形容,一点也不为过,很多航天探测器在漫长的征程中与人类失联。
不过,也会有奇迹发生的时候,日本的“隼鸟1号”就是这样一个幸运儿。
当时,日本看到各国开始布局航天探索时,综合考虑自身在航天领域的有关经验,结合自身的科技水平,决定放弃难啃的大行星,开启小行星的探索,“隼鸟1号”探测器就是在这种背景下产生。
“隼鸟1号”跟日本汽车有点像,个头不大、重量轻,关键寿命还长。
“隼鸟1号”是一个长1.6米,宽1.1米,高1米的长方体,重量仅有510千克,相比较而言,这个探测器的重量是比较轻的。
“隼鸟1号”的定位是小行星,因此,日本开始筛选符合条件的小行星,经过层层筛选,小行星4660 Nereus成为了最佳选择。“隼鸟1号”的航天任务是,从这颗小行星上带回“样品”,然后返回地球。
2003年, “隼鸟1号”带着使命升空,发射后不久,它便遇到太阳黑子爆发,然后造成了一部分蓄电池损坏,真是有点出师不利的感觉,可没想到的是,这才刚刚开始,这是“隼鸟1号”坎坷、传奇的一生开始。
在设计上,“隼鸟1号”采用了离子推进发动机,可以减少探测器重量,而且关键是省钱,因此,推进器推力比化学发动机小很多,再加上x轴方向姿态控制失灵,探测器要达到最初目的地小行星4660 Nereus几乎不可能。
于是,日本航空局想到了一个主意,既然达不到预想的目的,那就选择执行备选方案一的任务(小行星1989 ML),但是科学家评估后,整个探测器对于备选方案一任务也是心有余力不足,最稳妥的就是选择执行方案二的任务(小行星25143号“丝川”)。
不过,后来才知道,“隼鸟1号”登陆的首选地并不是“丝川”,丝川也是无奈之举。
小行星“丝川”确实够小,它仅有535米长,294米宽和209米高。这个尺寸也仅仅只有,相当于国家体育馆“鸟巢”的9倍大小。
日本宇航局表示,其实登陆“丝川”同样的意义重大,它是阿波罗型(Apollo)小行星中的一颗,其轨道正好与地球轨道相交,这也让丝川有可能成为地球的潜在威胁者,因此,对丝川的研究还是对人类有很大意义。
前面介绍了,“隼鸟1号”X轴方向出现故障,也就是说探测器转向出现故障,只能通过地面检测室,调整发动机排气角度控制方向,虽然难度比较大,但通过努力还是可以实现的。
经过一番努力后,终于,在2005年9月,日本宇航局宣布“隼鸟1号”达到目的地上方20KM处。
接下来,理论上,“隼鸟1号”可以好好工作了吧。
但是事与愿违,Y轴方向稳定器也出现了故障,雪上加霜的是信号传输又出现问题。
2005年11月20日,隼鸟号首次“触摸”到了小行星“丝川”。
11月26日,“隼鸟1号”如愿完成了丝川小行星样本采样,不过,这些主要是着陆时的微尘。
既然任务已经完成,那就赶紧回家,毕竟“隼鸟1号”老迈的身躯,已经经不起折腾,再折腾,恐怕就回不来了。
终于,“隼鸟1号”经过四次变轨后,在澳大利亚降落。
“隼鸟1号”一共在太空漂泊了7年,行程达到了60亿公里,虽然过程曲折,但“隼鸟1号”还是完成了丝川小行星的取样工作,当时“隼鸟1号”降落后,科学家迫不及待打开返回舱,想看看来自外星球的特产,当回到实验室打开后,所有的科学家都傻眼了,天哪里面竟然什么都没有。
难道所有的努力都白费了?科学家其实还是抱有一丝希望。
2010年11月16日,JAXA(日本宇航局)确认,在样品回收胶囊内的两个隔室之一中,发现的大多数颗粒来自丝川,通过扫描型电子显微镜,发现了约1500粒岩石颗粒。
隼鸟一号重要完成了任务,也开创了两个记录“第一个从小行星上取回物质的探测器”及“着陆目标最小(丝川小行星全长仅约 500 米)的探测器”。
续写传奇
既然,有了第一代“隼鸟1号”的成功经验,“隼鸟2号”的研发也提上了日程。
“隼鸟2号”其实就是升级版的“隼鸟1号”,两者整体结构及布局的差距不大,只不过补足了上一代的短板,增加了更先进的测量仪器等。
“隼鸟1号”(左)和“隼鸟2号”(右)
既然,“隼鸟2号”结构和功能决定了,它的目标也只能是小行星,“隼鸟2号”的目的地同样是阿波罗的小行星,它的名字叫龙宫。
根据JAXA介绍,龙宫名字来源于日本民间故事《浦岛太郎》,寓意“隼鸟2号”能从龙宫带回宝物,难道应该是来自中国的《西游记》吗?
其实,“隼鸟1号”在采集样品时,差点就没有采集到,因此,这次“隼鸟2号”吸收了教训,直接带着火药过去,保证能够取足够多的样本回来。
2014年12月,当一切都准备就绪,“隼鸟2号”踏上了预计六年的旅程。
相比它的前辈,“隼鸟2号”要幸福得多,没有那么多伤病缠身,基本上都是按照计划进行,虽然中间也有些许挫折,但很快就解决了。
“龙宫”是一颗C型小行星,或者说是碳质小行星,这类小行星上有大量碳酸盐矿物,这种矿物比较坚硬,“隼鸟2号”为了取样,携带了重达14公斤的撞击器(Small Carry-on Impactor,简称SCI)。
不过,意想不到的是,就算能够投送炸弹,新的情况又出现了,爆炸产生的溅射物会击毁探测器,因此,“隼鸟2号”决定先丢下炸弹,然后立即逃跑,只留下一个DCAM3相机来拍摄这场爆破大戏。
2019 年 4 月 5 日,隼鸟 2 号向小行星龙宫表面发射了携带 9.5 公斤炸药的撞击器,时隔3个月后“隼鸟2号”回到爆炸位置采样,原计划还要再进行一次爆炸采样,但是为了稳妥起见,它取消第二次爆炸任务。
2020年12月6日,隼鸟2号”把来自龙宫的第一个地下物质样本扔到了南澳大利亚沙漠,历时6年时间,行程52亿千米,JAXA将回收舱运回了日本用于科研。
科学家通过统计龙宫表面撞击坑数目和大小,可以了解龙宫表面的年龄。
- 如果表面物质完全没有聚合强度的话,龙宫表面的年龄应该在900万年左右
- 如果表面物质有干燥的土壤那种程度的微弱聚合性的话,龙宫表面的年龄应该在1.6亿年左右。
值得一提,返回舱运回到日本后,收集样品罐除了龙宫岩石外,还出现了亮晶晶人造物,就形态而言,与人类的锡箔纸非常像。
面对这样的情况,科学家迷惑了,密封罐之前从未打开过,为了防止样品污染,科学家在保存过程中都极为严格。
日本科学家目前依然没有查到这个东西的来源,科学家更担心的是这一过程是否污染了龙宫。
写在最后
日本对于小行星的研究起了非常重要的作用,小行星个头比较小,不像大行星那样,经历过剧烈的地质和物理改造,保留了原始太阳系的成分和信息,因此小行星有了时间胶囊的外号,对了解太阳系形成和生命起源有重要意义。