登陸彗星 菲萊譜傳奇

司馬杭仁

羅塞塔彗星軌道器，經(jīng)過2個月對67P彗星表面的繪圖，探測其引力、質(zhì)量、形狀和大氣等，以及挑選著陸地點(diǎn)后，將在今年11月11日，向67P彗星的彗核投放其所攜帶的世界第一個彗星著陸器菲萊。菲萊著陸后，將在其表面進(jìn)行考察，對該彗星核以及彗星射出的氣體、塵埃進(jìn)行詳細(xì)研究，以幫助弄清與太陽系形成和生命起源相關(guān)的奧秘，幫助科學(xué)家們進(jìn)一步了解彗星的性質(zhì)和組成。預(yù)計，這項探測任務(wù)將于2015年12月結(jié)束。

人類對彗星的探測歷程

至今，人類已開展過兩次大規(guī)模發(fā)射彗星探測器的活動，第一次是在20世紀(jì)80年代，第二次是從1999年到現(xiàn)在。從技術(shù)上講，第二次與第一次相比發(fā)生了質(zhì)的飛躍，對世界范圍內(nèi)的其他空間探測也有巨大的推動作用。

1984-1986年，全世界先后發(fā)射了5個哈雷彗星探測器，目的是對著名的哈雷彗星回歸進(jìn)行探測。但是這次大規(guī)模彗星探測沒有直接登陸彗核進(jìn)行研究，也沒有收集彗星物質(zhì)返回地球。

2004年3月2日發(fā)射的歐洲羅塞塔首次實(shí)現(xiàn)了近距離繞彗星運(yùn)行、首次伴彗星一起在接近太陽的過程中邊飛行邊觀測。

2005年1月12日發(fā)射的美國深度撞擊用于探測彗核內(nèi)部與其表面之間的不同。這是人類第一個實(shí)際接觸并探索彗星的空間活動。2010年11月4日，深度撞擊軌道器又從近距離掠過哈特利-2彗星時拍攝了彗星的罕見特寫圖像，成為首個近距離造訪2顆彗星的探測器。

2006年1月15日，美國星塵返回艙首次攜帶懷爾德-2彗星樣本返回地球。星塵于2004年1月2日與懷爾德-2彗星交會，并捕獲了彗星物質(zhì)粒子。現(xiàn)有100名專業(yè)研究人員和上千名業(yè)余好者參與彗星塵埃的分析和研究，完整的分析可能要耗時10年。

兩器各顯神通

羅塞塔由14個歐洲國家及美國的50余家公司參與，項目主承包商為歐洲阿斯特里姆公司。它的起飛重量3000千克，由羅塞塔軌道器和菲萊著陸器組成。軌道器用于分析彗星的物理和化學(xué)構(gòu)成及其電磁和引力等特性；著陸器裝有用于取樣和就地研究分析的探測儀器。

羅塞塔軌道器為長方體結(jié)構(gòu)，尺寸為2.8米×2.1米×2.0米；主推進(jìn)系統(tǒng)采用24臺10牛雙組元推力器；雙太陽電池翼的總面積為64平方米，每個太陽電池翼由5塊太陽電池板構(gòu)成，可旋轉(zhuǎn)180度，功率在距離目標(biāo)彗星3.4AU處為850瓦，距離該彗星5.25AU處為395瓦；頂部的有效載荷艙安裝了總質(zhì)量165千克的有效載荷，側(cè)面安裝了1副直徑2.2米的可控高增益天線。

著陸器菲萊的名字是由一個15歲的意大利女孩提出的，這個女孩在歐洲年輕人命名探測器的競爭活動中勝出。菲萊大小如同一個電冰箱，由1塊基板、1個儀器平臺和1個多面體夾層組成，所有結(jié)構(gòu)采用碳纖維。實(shí)際上，菲萊是一個微型實(shí)驗室，裝備了10種總質(zhì)量為26千克探測設(shè)備，這些設(shè)備將用于對彗核表層以下的物質(zhì)取樣，并把拍到的照片通過羅塞塔傳回地面控制中心。這些設(shè)備標(biāo)志著歐洲對太空研究的全新戰(zhàn)略思路和設(shè)計理念。

成功探測彗星的關(guān)鍵點(diǎn)

羅塞塔將于2014年11月11日向彗星表面投放100千克重的菲萊著陸器，它落在彗星冰蓋上并進(jìn)行化學(xué)檢測。這將是航天器首次登陸彗星，也是一次從沒有嘗試過的危險實(shí)踐。

如果登陸成功，該著陸器將在彗星表面采集樣品，并拍攝與67P彗星一起于2015年8月到達(dá)近日點(diǎn)時的圖片。2014年8月至2015年底，羅塞塔會伴隨著67P彗星逐漸接近太陽，從而探測在太陽光的加熱作用下彗星生成的氣體和塵埃（即彗發(fā)），并對彗星的重力場、質(zhì)量和外形等進(jìn)行全面的探測。科學(xué)家希望通過羅塞塔的工作，對這些神秘的冰凍天體有更多的了解，這或許對揭開太陽系早期環(huán)境的謎題有所幫助。2015年12月，羅塞塔將完成使命，回到地球附近。整個彗星探測任務(wù)將歷時10～11年。

這次對彗星的探測能否成功，第一個關(guān)鍵點(diǎn)是，要看菲萊能否在彗星表面成功著陸。菲萊裝在羅塞塔軌道器的側(cè)面，著陸時采用腿式緩沖機(jī)構(gòu)。由于該彗星的引力很小，當(dāng)著陸器在彗星表面著陸時要防止被彈出去。科學(xué)家們將使菲萊減速后緩慢自然降落，速度是1米/秒。即使是這樣，仍舊像人在行走時撞上墻一樣，所以著陸器有3條“腿”，在與彗核接觸瞬間3條腿可以吸收掉大部分撞擊功能，起到緩沖作用。一旦同彗核接觸，立即伸出一個類似“魚叉”的叉鉤，將自己固定在彗核表面。這就像停靠港口的航船拋錨一樣。

另一個關(guān)鍵點(diǎn)是羅塞塔可以獲得多少太陽能。在飛行中，它要展開一對14米長的太陽電池翼，并能夠在極低溫的狀態(tài)下吸收微弱的太陽能。菲萊也必須調(diào)整好太陽能電池板，因為著陸后它就必須依靠太陽能發(fā)電維持工作。但它身處碎屑噴射的環(huán)境下，太陽電池板將很容易被塵埃覆蓋而影響發(fā)電效率。

菲萊考察的最短時間為幾星期，但也可能會持續(xù)數(shù)月。在菲萊著陸器失效后，羅塞塔軌道器將繼續(xù)跟隨彗星運(yùn)動。如果菲萊著陸器能夠成功在彗星著陸，它將在空間探測領(lǐng)域創(chuàng)造新奇跡。