走，我們?nèi)タ纯葱⌒行?/h1>
2017-12-13 09:07:40邢強
太空探索 2017年12期 關(guān)鍵詞：人類
□ 邢強
走，我們?nèi)タ纯葱⌒行?/p>
□ 邢強
▲ 阿里安5火箭正在發(fā)射羅塞塔號探測器
小行星將是人類太空探索的新邊疆，無論在軍事意義層面還是從科學探索層面，都會是今后人類太空活動的一個重要發(fā)展領(lǐng)域。
而無論是正在熱議的捕獲一顆500噸級的小行星到繞月軌道上然后派航天員去登陸的方案，還是到估值為95.79萬億美元的那顆小行星上去開采珍稀礦產(chǎn)的計劃，還是捕獲一顆更大的小行星到近地軌道上成為太空永備軍事基地的項目，都一次又一次地讓小行星成為了熱點話題。
[作者注]：據(jù)世界銀行報告，2015年全球GDP的總量為74萬億美元。那一顆充滿稀有金屬的小行星的估值為95.79萬億，比全球GDP的總和還要多。
第一次飛掠
自1801年皮亞齊發(fā)現(xiàn)了第一顆小行星谷神星以來，很長一段時間人類都是依靠地面望遠鏡對小行星進行觀測和研究。
1989年10月18日，人類終于擺脫了對地面望遠鏡的依賴，開始實施近距離觀測小行星的計劃。這一天，阿特蘭蒂斯號航天飛機將一枚重達2.562噸的深空探測器送入太空。這枚探測器，在之后20年里甚至到今天，都以其重大的發(fā)現(xiàn)而舉世聞名。它就是伽利略號木星探測器。
伽利略從1995年進入木星的軌道直到2003年墜毀，共在木星工作了8年之久。在印象中，伽利略號始終是作為赫赫有名的木星探測器受世人敬仰的。而實際上，在到達木星軌道之前，它就已經(jīng)創(chuàng)造了傳奇。
1991年10月29日，伽利略號在前往木星的途中掠過了951號小行星，并在5400公里處拍攝到了它的照片。加斯普拉，這顆在1916年被俄國天文學家格里·尼明發(fā)現(xiàn)的小行星成為了第一顆被人類制造的探測器飛掠的小行星。
在整個飛掠過程中，伽利略號探測器與小行星的平均相對速度為8公里/秒。伽利略號共向地球成功傳輸了57張加斯普拉星的照片。這些照片覆蓋了加斯普拉星80%的表面積，除了南極區(qū)域沒能被拍到外，基本上算是超額完成了預(yù)計的探測目的。
伽利略號探測器僅僅是做了一次飛掠加斯普拉星的飛行，并沒有繞著這顆小行星轉(zhuǎn)圈飛，按理說只能看到該星體的一個側(cè)面，又如何能做到拍攝到了80%的表面的呢？
這就是軌道設(shè)計的巧妙之處了。經(jīng)分析，這顆近日點為1.8267天文單位、遠日點為2.5931天文單位的小行星很有可能存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。預(yù)計自轉(zhuǎn)速度為7小時一圈。那么，通過設(shè)計伽利略的軌道，讓其用將近7小時的時間來飛掠加斯普拉星的話，不就可以借助小行星的自轉(zhuǎn)來窺得它的全貌了么？
[小知識]：現(xiàn)代導(dǎo)彈制導(dǎo)控制技術(shù)在深空探測器上的應(yīng)用
伽利略號探測器為了能夠拍好加斯普拉星的照片，首次在深空探測器上使用了現(xiàn)代導(dǎo)彈制導(dǎo)控制技術(shù)。這樣，伽利略號探測器才能夠在遙遠的距離上自主鎖定目標并結(jié)合飛掠式彈道對探測器上的敏感器進行調(diào)姿。
要知道，在這個距離上，以光速傳播的人類的遙控信號也要延遲將近10分鐘，因此只能靠探測器自主行動才能抓住稍縱即逝的時機。而伽利略號探測器的相機實際上是為了拍攝木星及其衛(wèi)星而設(shè)計的，對于個頭小得多的小行星，并未專門進行優(yōu)化。實際上，伽利略號探測器的相機的視角只有5°。這是什么概念？就像是我們把一張A4紙沿著長邊卷成筒狀來鎖定天空中飛速掠過的飛鳥，而且要對著鳥兒連續(xù)眨57次眼睛。
從那以后，所有需要拍攝小天體的深空探測器都用上了類似的導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)。
▲ 伽利略號的主任務(wù)是探測木星，不過他對小行星也有開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)
▲ 阿特蘭蒂斯號航天飛機將伽利略號探測器送入太空
第二次飛掠
飛掠了加斯普拉星后，伽利略探測器順便又實現(xiàn)了人類第二次小行星飛掠式探測。這一回，伽利略號飛掠的是243號小行星艾達星。伽利略號有個大發(fā)現(xiàn)：他發(fā)現(xiàn)艾達星這顆小行星居然有它自己的天然衛(wèi)星！
這是伽利略探測器采用之前在加斯普拉星的探測中得到驗證的技術(shù)對艾達星的拍攝。這回伽利略看到了小行星95%的表面。艾達星的公轉(zhuǎn)周期為4.84年，自轉(zhuǎn)周期為4.63小時。它的平均直徑為31.4公里。它不規(guī)則、橢長形的形狀，如牛角面包，也像是一位雙手抱膝的少女。伽利略號探測器分別用410納米的頻段、756納米的紅外線頻段和968納米的紅外線頻段對艾達星進行了拍攝，然后將這些頻段合成后，成為艾達星的連續(xù)成像照片。伽利略號拍攝的艾達星高清照片，即使是地球近地軌道上的哈勃望遠鏡也是拍不出來的，只能近距離飛掠才能得到。
[小知識]：深空超遠距離精確定位技術(shù)
在伽利略探測器飛掠艾達星之前，1993年初，美國海軍天文臺和橡樹嶺天文臺合作，對艾女星進行了超遠距離精確定位，使得伽利略號的飛掠彈道誤差由之前的78公里減少為60公里。
要知道，這是對2.7億公里之外的一顆平均半徑只有15.7公里的一顆不發(fā)光的不規(guī)則小天體的定位，基本相當于對10公里外一只飛蚊的定位誤差僅2.2毫米。
▲ 伽利略號探測器
▲ 探測愛神小行星的NEAR探測器
▲ 探測土星的卡西尼探測器
登陸！
伽利略探測器在1991年10月29日和1993年8月28日的兩次非常成功的飛掠小行星的探測極大地鼓舞了人類工程師。于是，更刺激的計劃啟動了。
那就是：在小行星上登陸。
1996年2月17日，“近地小行星交會”探測器（NEAR）發(fā)射升空，直奔小行星帶。1997年6月27日，NEAR號探測器到達253號小行星梅西爾德星附近1212公里處。NEAR號當時的飛行速度為9.93公里/秒。比起上世紀80年代研制的伽利略號來說，NEAR號有更強大的照相系統(tǒng)。雖然飛掠時間很短，但是她還是一口氣拍攝了500張梅西爾德星的照片。同時，NEAR號通過自己受到的引力攝動，自動評估出了梅西爾德星的質(zhì)量。
這是人類探測器第3次飛掠小行星，同時也是第1次飛掠一顆C型小行星（含碳小行星）。對于我們這些碳基生物來說，還是讓人蠻激動的。然后，NEAR號就這么飛走了。畢竟，她的主要任務(wù)是探測愛神星。
說起NEAR探測器對愛神星的探測，你不得不被軌道設(shè)計師們的情懷和高超技藝所打動了！經(jīng)過將近4年的長途飛行，NEAR進入了繞行愛神星的軌道。而這一天，不早也不晚，恰好是2000年2月14日，也就是20世紀的最后一個情人節(jié)！
在321公里×366公里的軌道上繞行愛神星的NEAR號成為人類有史以來第一顆圍繞一顆小行星飛行的探測器。從2000年2月14日到2001年2月12日，NEAR號以各種軌道高度和多種軌道傾角（甚至嘗試飛了極地軌道）把愛神星看了個遍。
公元2001年2月12日20時01分，NEAR號安全降落在愛神星南部一個鞍形特征的地區(qū)。
這是人類探測器第一次成功登陸一顆小行星。
愛神星上面有兩處相較于星體來說，非常巨大的隕石坑。這兩個隕石坑在2003年擁有了正式的名字：賈寶玉坑和林黛玉坑。愛神星這樣的名字，2月14日環(huán)繞這個情人節(jié)日子，賈寶玉和林黛玉這樣的隕石坑，這些都使人類探測器與小行星的第一次親密接觸變得更加浪漫。
卡西尼
說起飛掠的話，卡西尼探測器也算是有一次。這個土星探測器于2000年1月23日，在160萬公里遠的地方飛掠2685號小行星，基本上確認該小行星的尺寸小于20公里。
離子推進
1998年10月24日，一枚德爾塔2號火箭攜帶深空1號探測器升空。深空1號最大的技術(shù)亮點是采用了離子推進器，另外還有其他11項先進的技術(shù)。
實際上，這是人類第一顆完全采用離子電推進的方式進行火星以遠探測的航天飛行器。
原本深空1號是要飛掠探測9969號小行星布拉耶的。但是因技術(shù)原因，深空1號飛得有些遠，只拍到了模糊的小行星照片。不過，深空1號本身就是一顆帶有12項先進技術(shù)的驗證型深空探測器，因此不必過于強求結(jié)果了。
深空1號后來拍到的包瑞爾彗星的照片效果還可以。再后來，深空1號成為了繞太陽飛行的一顆人造行星。
▲ 深空1號探測器
▲ 德爾塔2型火箭正在發(fā)射
▲ 人類探測器近距離拍攝的愛神星（上）隼鳥號探測絲川小行星示意圖（下）
星塵
1999年2月7日，由洛克希德·馬丁公司制造的星塵號深空探測器出發(fā)了。在長達12年1個月零8天的任務(wù)周期內(nèi)，星塵號做到了這些：飛掠5535號小行星；捕獲彗星塵埃；將彗星塵埃帶回地球。
星塵號有著巧妙的設(shè)計，有助于它在飛掠彗星附近時，獲取彗星噴發(fā)出的物質(zhì)。其實就是追著彗星屁股后面跑，用氣凝膠收集器來捕獲彗星塵埃。
2006年1月15日，攜帶彗星塵埃的星塵號返回艙在美國猶他州大鹽湖沙漠成功著陸。這是人類首次獲取到散逸在太空中的彗星物質(zhì)。
采樣
前文所述的伽利略號、NEAR號、深空1號和星塵號共4個深空探測器都是美國宇航局的項目。從1989年到1999年這十年的技術(shù)積累的過程中，人類掌握了深空軌道計算、超遠距離精確定位、飛行器自主導(dǎo)航制導(dǎo)與控制、超遠距離信號回傳、繞飛超小天體、帶伽馬射線儀自主著陸、離子推進、追趕彗星并采樣返回等技術(shù)。
2003年5月9日，一枚M-V運載火箭將日本宇宙航空開發(fā)機構(gòu)JAXA組織研發(fā)的隼鳥號小行星探測器送入奔向小行星的軌道。隼鳥號小行星探測器升空不久，其中一臺離子發(fā)動機就出現(xiàn)了狀態(tài)不穩(wěn)定的情況。2003年10月，隼鳥號遭遇了人類有現(xiàn)代太陽觀測史以來最為強烈的一次太陽風暴。隼鳥號出現(xiàn)多次故障，但最終還是磕磕絆絆地到達了小行星。
2005年9月12日，隼鳥號抵達25143號小行星絲川的附近，先是定位在距離小行星20公里處，然后移動至7公里的距離上。2005年11月20日，隼鳥號第一次嘗試登陸小行星，失敗。2005年11月25日，隼鳥號第二次嘗試登陸小行星，成功。
原計劃，隼鳥號的返回艙會于2007年6月返回地球，但工程師判斷隼鳥號的燃料疑似出現(xiàn)了泄露的情況。另外，11塊鋰電池中，已有4塊完全不能工作。
推遲3年后，最終，攜帶小行星土壤樣本的返回艙在2010年再入大氣層。2010年6月13日深夜，隼鳥號小行星探測器的返回艙成功再入大氣，并著陸在澳大利亞的烏美拉靶場。
隼鳥號在宇宙中旅行了7年，穿越了60億公里的路程。她實現(xiàn)了人類第一次對一顆對地球有威脅的小行星的探測，實現(xiàn)了第1次小行星采樣返回（之前美國的星塵號取的是彗星塵埃，這次的隼鳥號是直接挖的小行星土壤）。按照吉尼斯世界紀錄的認定，隼鳥號創(chuàng)造了世界上首個從小行星上帶回物質(zhì)的探測器和對最小目標自然天體（絲川小行星全長僅約500米）進行著陸的探測器兩項世界紀錄。
▲ 羅塞塔號于2010年拍攝到的司琴星，在其后方的是土星
▲ 黎明號探測器在2015年拍攝的谷神星
▲ 艾達星
歐洲的小行星探測
作為傳統(tǒng)航天組織，歐空局ESA當然不能坐視美國宇航局NASA和日本宇宙航空開發(fā)機構(gòu)JAXA就這么一個接一個地把探測器送往小行星。
2004年3月2日，一枚阿里安5運載火箭將后來非常出名的羅塞塔號探測器和菲萊著陸器送入太空。
羅塞塔號與菲萊作為彗星探測器，實際上在到達67P彗星之前，先探測了2顆小行星。2008年9月5日，羅塞塔號以8.6公里/秒的低速（相對于之前的速度）掠過2867號小行星，兩者的最近距離不到800公里！
雖然這顆小行星是蘇聯(lián)科學家尼科萊·切爾尼克在1969年發(fā)現(xiàn)的，并起了一個很蘇聯(lián)的名字——斯坦斯，但是，歐空局還是習慣上把這顆小行星叫做——鉆石。
首先來說，2867號小行星的外形的確很像鉆石。另外，鉆石這個名詞，對于法國航天產(chǎn)業(yè)有著重要的意義。法國早期的運載火箭就是以鉆石來命名的。
團隊里有法國人，所以在羅塞塔號飛掠被命名為鉆石的小行星后，這顆小行星上隕石坑的名字就被玩壞了。與國際上慣用神名、人名和地名命名環(huán)形山和隕石坑的慣例截然不同，法國人這樣命名2867號上的隕石坑：瑪瑙、石榴石、黃玉、祖母綠、黑曜石、紫水晶、孔雀石、青金石、綠松石、玉石、海藍寶石……這幫人哪是學行星物理的啊，一定有寶石學專業(yè)的人混進了隊伍！
出手比美國和日本晚的歐空局，為了挽回一些榮耀，他們覺得要搞一個大的！
2010年7月10日，羅塞塔號飛掠了21號小行星，而且同樣是在800公里的超近距離飛掠的。這是人類探測器首次飛掠編號在100號以內(nèi)的小行星。編號越小，表示發(fā)現(xiàn)得越早，而這往往也意味著這顆小行星的個頭兒越大。
21號小行星的等效直徑為100公里，成為了當時人類探測器近距離探測過的最大的小行星。
21號小行星是德國畫家戈爾德施密特在50歲的時候發(fā)現(xiàn)的，從此他改行研究天文學。他是從巴黎學習的繪畫，因此就用巴黎的古名稱盧泰西亞來命名他發(fā)現(xiàn)的21號小行星了。
哈！法國人主導(dǎo)探測的這兩顆小行星，第一顆被叫做鉆石，第二顆干脆原本就是以巴黎這座城市命名的呢！冥冥中，一切自有天意。
新視野號
2006年1月19日，一枚宇宙神5號運載火箭把新視野號探測器送入太空。新視野號探測器最為有名的成就是拍攝了冥王星的高清照片。不過，仔細探究新視野號的飛行軌道的話，我們可以發(fā)現(xiàn)它對小行星帶還有土星都曾有過穿越或者飛掠的行動。
2006年6月13日，新視野號飛掠132524號小行星并拍下照片。從此，這顆直徑約2.5公里的小行星有了名字：APL，也就是約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室的縮寫。
2010年，新視野號飛掠83982號小行星。哈！83982號！這么大的編號！嗯，因為這是一顆在2002年4月12日才被發(fā)現(xiàn)的小行星。這顆小行星屬于半人馬族。這個族名很奇怪，說明它并不屬于我們?nèi)粘Ｊ煜さ幕鹦桥c木星之間的那個小行星帶。實際上83982號小行星來自木星與海王星軌道之間的小行星區(qū)域。
[小知識]：隨著人類技術(shù)的發(fā)展，科學家們逐漸認識到，小行星不僅僅存在于火星和木星軌道之間的小行星帶中，還會散布在木星與海王星軌道之間的廣袤區(qū)域，而在海王星軌道之外，有個名為柯伊伯帶的區(qū)域。柯伊伯帶至少比火星與木星之間的主小行星帶寬20倍，這里的星體質(zhì)量的總和預(yù)計是主小行星帶的200倍。于是，認知又被刷新了一番。
▲ 藝術(shù)家的筆下黎明號探測器和灶神星（左）與谷神星（右）的合影
黎明號
2007年9月27日，黎明號發(fā)射升空。它的探測目標是1號小行星谷神星和4號小行星灶神星。人類終于能夠近距離探測編號在10以內(nèi)的小行星了！
2011年7月16日，黎明號進入繞灶神星的軌道。灶神星，不愧于它的名字。這顆以掌管灶火的灶王爺命名的小行星是夜空中最亮的小行星（最大相對亮度為5.1）。人類根據(jù)黎明號探測器傳回的數(shù)據(jù)繪制了灶神星地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖。
2015年3月6日，黎明號探測器進入1號小行星谷神星的軌道。直徑達945公里的谷神星是海王星軌道以內(nèi)，人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的小行星。想當年人類可是把它看做是火星與木星軌道之間的一顆新發(fā)現(xiàn)的行星的。
谷神星自己的質(zhì)量占據(jù)了整個主小行星帶的三分之一。把太陽系內(nèi)人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的所有的天體（包括太陽在內(nèi)）放到一起，然后按個頭兒從大到小排個序的話，谷神星能夠排到第35位。地球排第6位，月球排第14位。
統(tǒng)計算來，黎明號探測器繞著灶神星和谷神星已經(jīng)轉(zhuǎn)了2450多圈，發(fā)回了大量數(shù)據(jù)。至今，美國宇航局的黎明號探測器已傳回6.9萬張照片，共計132G。
按最新的分析結(jié)果，谷神星有稀薄的大氣，表面有水冰，而且很有可能在地殼下面隱藏有巨大的地下海洋。
中國的小行星探測
近幾年，中國原本是沒有專門的小行星探測計劃的，但是中國研制的深空探測器的確也飛掠了小行星，而且還創(chuàng)造了飛掠距離的世界紀錄！
公元2010年10月1日，嫦娥二號發(fā)射成功。它只是一顆探測月球的深空探測器，而且還僅僅是一顆嫦娥一號的備份星。
嫦娥二號分別在100×100公里的圓軌道和100×15公里的橢圓軌道進行了高分辨率成像和環(huán)月探測，完整獲取了7米分辨率的月球表面三維影像數(shù)據(jù)，并完成了對嫦娥三號落月任務(wù)預(yù)選著陸區(qū)虹灣局部區(qū)域的達到1.3米的高分辨率成像。
2011年4月1日，嫦娥二號到達設(shè)計壽命。為了積累深空探測經(jīng)驗，嫦娥二號于6月9日下午離開月球，前往距地球約150萬公里遠的日-地拉格朗日L2點，對太陽實施探測，同時進行測控技術(shù)等試驗。8月25日嫦娥二號進入日地拉格朗日L2點的環(huán)繞軌道。該軌道為類似橢圓形軌道，衛(wèi)星環(huán)繞軌道1周需6個月時間。成功到達L2點后，嫦娥二號刷新了中國航天測控距離的紀錄，也成為了世界首個從月球直接前往日地拉格朗日點的航天器。
這顆造價只有6億元人民幣（相當于9057萬美元）的探測器探測了月球，奔赴了拉格朗日點之后，能力還有富余。于是，它開始前往小行星。2012年4月15日，嫦娥2號離開地日拉格朗日L2點前往有撞擊地球危險的4179號小行星進行探測。
北京時間2012年12月13日16時30分09秒，嫦娥二號在距地球約700萬公里遠的深空掠過4179號小行星，最近距離僅為3.2公里。飛掠時速高達10.73公里/秒。
這是中國探測器第一次對小行星進行近距離拍攝。
這次探測，使中國成為了繼美國、日本、歐空局后，第4個對小行星實施探測的國家或組織。
故事還沒有完，探測完小行星后，嫦娥二號居然還有余力。于是，她成了中國首顆飛入行星際的探測器，在后續(xù)的星際飛行中，其飛行目標將主要聚焦在星載設(shè)備長壽命考核、自主飛行能力、行星際遠距離測控驗證等方面。早在2014年，嫦娥二號就飛到了距離地球7000萬公里的地方，不斷打破我國深空探測器的飛行距離紀錄。按軌道計算的結(jié)果，嫦娥二號至少能夠飛到距離地球3億公里的地方，成為一顆傳奇的行星際探測器。
近距離飛掠、繞飛、著陸、采樣返回，是目前人類能夠?qū)π⌒行菍嵤┑募夹g(shù)手段。
未來，尚有四大技術(shù)手段有待實施：
人工改變小行星軌道的技術(shù)；
載人登陸小行星的技術(shù)；
工業(yè)化開采小行星的技術(shù)；
借助系外小行星進入其他星系的技術(shù)。
責任編輯：夏丹
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□ 邢強
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小行星將是人類太空探索的新邊疆，無論在軍事意義層面還是從科學探索層面，都會是今后人類太空活動的一個重要發(fā)展領(lǐng)域。
而無論是正在熱議的捕獲一顆500噸級的小行星到繞月軌道上然后派航天員去登陸的方案，還是到估值為95.79萬億美元的那顆小行星上去開采珍稀礦產(chǎn)的計劃，還是捕獲一顆更大的小行星到近地軌道上成為太空永備軍事基地的項目，都一次又一次地讓小行星成為了熱點話題。
[作者注]：據(jù)世界銀行報告，2015年全球GDP的總量為74萬億美元。那一顆充滿稀有金屬的小行星的估值為95.79萬億，比全球GDP的總和還要多。
第一次飛掠
自1801年皮亞齊發(fā)現(xiàn)了第一顆小行星谷神星以來，很長一段時間人類都是依靠地面望遠鏡對小行星進行觀測和研究。
1989年10月18日，人類終于擺脫了對地面望遠鏡的依賴，開始實施近距離觀測小行星的計劃。這一天，阿特蘭蒂斯號航天飛機將一枚重達2.562噸的深空探測器送入太空。這枚探測器，在之后20年里甚至到今天，都以其重大的發(fā)現(xiàn)而舉世聞名。它就是伽利略號木星探測器。
伽利略從1995年進入木星的軌道直到2003年墜毀，共在木星工作了8年之久。在印象中，伽利略號始終是作為赫赫有名的木星探測器受世人敬仰的。而實際上，在到達木星軌道之前，它就已經(jīng)創(chuàng)造了傳奇。
1991年10月29日，伽利略號在前往木星的途中掠過了951號小行星，并在5400公里處拍攝到了它的照片。加斯普拉，這顆在1916年被俄國天文學家格里·尼明發(fā)現(xiàn)的小行星成為了第一顆被人類制造的探測器飛掠的小行星。
在整個飛掠過程中，伽利略號探測器與小行星的平均相對速度為8公里/秒。伽利略號共向地球成功傳輸了57張加斯普拉星的照片。這些照片覆蓋了加斯普拉星80%的表面積，除了南極區(qū)域沒能被拍到外，基本上算是超額完成了預(yù)計的探測目的。
伽利略號探測器僅僅是做了一次飛掠加斯普拉星的飛行，并沒有繞著這顆小行星轉(zhuǎn)圈飛，按理說只能看到該星體的一個側(cè)面，又如何能做到拍攝到了80%的表面的呢？
這就是軌道設(shè)計的巧妙之處了。經(jīng)分析，這顆近日點為1.8267天文單位、遠日點為2.5931天文單位的小行星很有可能存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。預(yù)計自轉(zhuǎn)速度為7小時一圈。那么，通過設(shè)計伽利略的軌道，讓其用將近7小時的時間來飛掠加斯普拉星的話，不就可以借助小行星的自轉(zhuǎn)來窺得它的全貌了么？
[小知識]：現(xiàn)代導(dǎo)彈制導(dǎo)控制技術(shù)在深空探測器上的應(yīng)用
伽利略號探測器為了能夠拍好加斯普拉星的照片，首次在深空探測器上使用了現(xiàn)代導(dǎo)彈制導(dǎo)控制技術(shù)。這樣，伽利略號探測器才能夠在遙遠的距離上自主鎖定目標并結(jié)合飛掠式彈道對探測器上的敏感器進行調(diào)姿。
要知道，在這個距離上，以光速傳播的人類的遙控信號也要延遲將近10分鐘，因此只能靠探測器自主行動才能抓住稍縱即逝的時機。而伽利略號探測器的相機實際上是為了拍攝木星及其衛(wèi)星而設(shè)計的，對于個頭小得多的小行星，并未專門進行優(yōu)化。實際上，伽利略號探測器的相機的視角只有5°。這是什么概念？就像是我們把一張A4紙沿著長邊卷成筒狀來鎖定天空中飛速掠過的飛鳥，而且要對著鳥兒連續(xù)眨57次眼睛。
從那以后，所有需要拍攝小天體的深空探測器都用上了類似的導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)。
▲ 伽利略號的主任務(wù)是探測木星，不過他對小行星也有開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)
▲ 阿特蘭蒂斯號航天飛機將伽利略號探測器送入太空
第二次飛掠
飛掠了加斯普拉星后，伽利略探測器順便又實現(xiàn)了人類第二次小行星飛掠式探測。這一回，伽利略號飛掠的是243號小行星艾達星。伽利略號有個大發(fā)現(xiàn)：他發(fā)現(xiàn)艾達星這顆小行星居然有它自己的天然衛(wèi)星！
這是伽利略探測器采用之前在加斯普拉星的探測中得到驗證的技術(shù)對艾達星的拍攝。這回伽利略看到了小行星95%的表面。艾達星的公轉(zhuǎn)周期為4.84年，自轉(zhuǎn)周期為4.63小時。它的平均直徑為31.4公里。它不規(guī)則、橢長形的形狀，如牛角面包，也像是一位雙手抱膝的少女。伽利略號探測器分別用410納米的頻段、756納米的紅外線頻段和968納米的紅外線頻段對艾達星進行了拍攝，然后將這些頻段合成后，成為艾達星的連續(xù)成像照片。伽利略號拍攝的艾達星高清照片，即使是地球近地軌道上的哈勃望遠鏡也是拍不出來的，只能近距離飛掠才能得到。
[小知識]：深空超遠距離精確定位技術(shù)
在伽利略探測器飛掠艾達星之前，1993年初，美國海軍天文臺和橡樹嶺天文臺合作，對艾女星進行了超遠距離精確定位，使得伽利略號的飛掠彈道誤差由之前的78公里減少為60公里。
要知道，這是對2.7億公里之外的一顆平均半徑只有15.7公里的一顆不發(fā)光的不規(guī)則小天體的定位，基本相當于對10公里外一只飛蚊的定位誤差僅2.2毫米。
▲ 伽利略號探測器
▲ 探測愛神小行星的NEAR探測器
▲ 探測土星的卡西尼探測器
登陸！
伽利略探測器在1991年10月29日和1993年8月28日的兩次非常成功的飛掠小行星的探測極大地鼓舞了人類工程師。于是，更刺激的計劃啟動了。
那就是：在小行星上登陸。
1996年2月17日，“近地小行星交會”探測器（NEAR）發(fā)射升空，直奔小行星帶。1997年6月27日，NEAR號探測器到達253號小行星梅西爾德星附近1212公里處。NEAR號當時的飛行速度為9.93公里/秒。比起上世紀80年代研制的伽利略號來說，NEAR號有更強大的照相系統(tǒng)。雖然飛掠時間很短，但是她還是一口氣拍攝了500張梅西爾德星的照片。同時，NEAR號通過自己受到的引力攝動，自動評估出了梅西爾德星的質(zhì)量。
這是人類探測器第3次飛掠小行星，同時也是第1次飛掠一顆C型小行星（含碳小行星）。對于我們這些碳基生物來說，還是讓人蠻激動的。然后，NEAR號就這么飛走了。畢竟，她的主要任務(wù)是探測愛神星。
說起NEAR探測器對愛神星的探測，你不得不被軌道設(shè)計師們的情懷和高超技藝所打動了！經(jīng)過將近4年的長途飛行，NEAR進入了繞行愛神星的軌道。而這一天，不早也不晚，恰好是2000年2月14日，也就是20世紀的最后一個情人節(jié)！
在321公里×366公里的軌道上繞行愛神星的NEAR號成為人類有史以來第一顆圍繞一顆小行星飛行的探測器。從2000年2月14日到2001年2月12日，NEAR號以各種軌道高度和多種軌道傾角（甚至嘗試飛了極地軌道）把愛神星看了個遍。
公元2001年2月12日20時01分，NEAR號安全降落在愛神星南部一個鞍形特征的地區(qū)。
這是人類探測器第一次成功登陸一顆小行星。
愛神星上面有兩處相較于星體來說，非常巨大的隕石坑。這兩個隕石坑在2003年擁有了正式的名字：賈寶玉坑和林黛玉坑。愛神星這樣的名字，2月14日環(huán)繞這個情人節(jié)日子，賈寶玉和林黛玉這樣的隕石坑，這些都使人類探測器與小行星的第一次親密接觸變得更加浪漫。
卡西尼
說起飛掠的話，卡西尼探測器也算是有一次。這個土星探測器于2000年1月23日，在160萬公里遠的地方飛掠2685號小行星，基本上確認該小行星的尺寸小于20公里。
離子推進
1998年10月24日，一枚德爾塔2號火箭攜帶深空1號探測器升空。深空1號最大的技術(shù)亮點是采用了離子推進器，另外還有其他11項先進的技術(shù)。
實際上，這是人類第一顆完全采用離子電推進的方式進行火星以遠探測的航天飛行器。
原本深空1號是要飛掠探測9969號小行星布拉耶的。但是因技術(shù)原因，深空1號飛得有些遠，只拍到了模糊的小行星照片。不過，深空1號本身就是一顆帶有12項先進技術(shù)的驗證型深空探測器，因此不必過于強求結(jié)果了。
深空1號后來拍到的包瑞爾彗星的照片效果還可以。再后來，深空1號成為了繞太陽飛行的一顆人造行星。
▲ 深空1號探測器
▲ 德爾塔2型火箭正在發(fā)射
▲ 人類探測器近距離拍攝的愛神星（上）隼鳥號探測絲川小行星示意圖（下）
星塵
1999年2月7日，由洛克希德·馬丁公司制造的星塵號深空探測器出發(fā)了。在長達12年1個月零8天的任務(wù)周期內(nèi)，星塵號做到了這些：飛掠5535號小行星；捕獲彗星塵埃；將彗星塵埃帶回地球。
星塵號有著巧妙的設(shè)計，有助于它在飛掠彗星附近時，獲取彗星噴發(fā)出的物質(zhì)。其實就是追著彗星屁股后面跑，用氣凝膠收集器來捕獲彗星塵埃。
2006年1月15日，攜帶彗星塵埃的星塵號返回艙在美國猶他州大鹽湖沙漠成功著陸。這是人類首次獲取到散逸在太空中的彗星物質(zhì)。
采樣
前文所述的伽利略號、NEAR號、深空1號和星塵號共4個深空探測器都是美國宇航局的項目。從1989年到1999年這十年的技術(shù)積累的過程中，人類掌握了深空軌道計算、超遠距離精確定位、飛行器自主導(dǎo)航制導(dǎo)與控制、超遠距離信號回傳、繞飛超小天體、帶伽馬射線儀自主著陸、離子推進、追趕彗星并采樣返回等技術(shù)。
2003年5月9日，一枚M-V運載火箭將日本宇宙航空開發(fā)機構(gòu)JAXA組織研發(fā)的隼鳥號小行星探測器送入奔向小行星的軌道。隼鳥號小行星探測器升空不久，其中一臺離子發(fā)動機就出現(xiàn)了狀態(tài)不穩(wěn)定的情況。2003年10月，隼鳥號遭遇了人類有現(xiàn)代太陽觀測史以來最為強烈的一次太陽風暴。隼鳥號出現(xiàn)多次故障，但最終還是磕磕絆絆地到達了小行星。
2005年9月12日，隼鳥號抵達25143號小行星絲川的附近，先是定位在距離小行星20公里處，然后移動至7公里的距離上。2005年11月20日，隼鳥號第一次嘗試登陸小行星，失敗。2005年11月25日，隼鳥號第二次嘗試登陸小行星，成功。
原計劃，隼鳥號的返回艙會于2007年6月返回地球，但工程師判斷隼鳥號的燃料疑似出現(xiàn)了泄露的情況。另外，11塊鋰電池中，已有4塊完全不能工作。
推遲3年后，最終，攜帶小行星土壤樣本的返回艙在2010年再入大氣層。2010年6月13日深夜，隼鳥號小行星探測器的返回艙成功再入大氣，并著陸在澳大利亞的烏美拉靶場。
隼鳥號在宇宙中旅行了7年，穿越了60億公里的路程。她實現(xiàn)了人類第一次對一顆對地球有威脅的小行星的探測，實現(xiàn)了第1次小行星采樣返回（之前美國的星塵號取的是彗星塵埃，這次的隼鳥號是直接挖的小行星土壤）。按照吉尼斯世界紀錄的認定，隼鳥號創(chuàng)造了世界上首個從小行星上帶回物質(zhì)的探測器和對最小目標自然天體（絲川小行星全長僅約500米）進行著陸的探測器兩項世界紀錄。
▲ 羅塞塔號于2010年拍攝到的司琴星，在其后方的是土星
▲ 黎明號探測器在2015年拍攝的谷神星
▲ 艾達星
歐洲的小行星探測
作為傳統(tǒng)航天組織，歐空局ESA當然不能坐視美國宇航局NASA和日本宇宙航空開發(fā)機構(gòu)JAXA就這么一個接一個地把探測器送往小行星。
2004年3月2日，一枚阿里安5運載火箭將后來非常出名的羅塞塔號探測器和菲萊著陸器送入太空。
羅塞塔號與菲萊作為彗星探測器，實際上在到達67P彗星之前，先探測了2顆小行星。2008年9月5日，羅塞塔號以8.6公里/秒的低速（相對于之前的速度）掠過2867號小行星，兩者的最近距離不到800公里！
雖然這顆小行星是蘇聯(lián)科學家尼科萊·切爾尼克在1969年發(fā)現(xiàn)的，并起了一個很蘇聯(lián)的名字——斯坦斯，但是，歐空局還是習慣上把這顆小行星叫做——鉆石。
首先來說，2867號小行星的外形的確很像鉆石。另外，鉆石這個名詞，對于法國航天產(chǎn)業(yè)有著重要的意義。法國早期的運載火箭就是以鉆石來命名的。
團隊里有法國人，所以在羅塞塔號飛掠被命名為鉆石的小行星后，這顆小行星上隕石坑的名字就被玩壞了。與國際上慣用神名、人名和地名命名環(huán)形山和隕石坑的慣例截然不同，法國人這樣命名2867號上的隕石坑：瑪瑙、石榴石、黃玉、祖母綠、黑曜石、紫水晶、孔雀石、青金石、綠松石、玉石、海藍寶石……這幫人哪是學行星物理的啊，一定有寶石學專業(yè)的人混進了隊伍！
出手比美國和日本晚的歐空局，為了挽回一些榮耀，他們覺得要搞一個大的！
2010年7月10日，羅塞塔號飛掠了21號小行星，而且同樣是在800公里的超近距離飛掠的。這是人類探測器首次飛掠編號在100號以內(nèi)的小行星。編號越小，表示發(fā)現(xiàn)得越早，而這往往也意味著這顆小行星的個頭兒越大。
21號小行星的等效直徑為100公里，成為了當時人類探測器近距離探測過的最大的小行星。
21號小行星是德國畫家戈爾德施密特在50歲的時候發(fā)現(xiàn)的，從此他改行研究天文學。他是從巴黎學習的繪畫，因此就用巴黎的古名稱盧泰西亞來命名他發(fā)現(xiàn)的21號小行星了。
哈！法國人主導(dǎo)探測的這兩顆小行星，第一顆被叫做鉆石，第二顆干脆原本就是以巴黎這座城市命名的呢！冥冥中，一切自有天意。
新視野號
2006年1月19日，一枚宇宙神5號運載火箭把新視野號探測器送入太空。新視野號探測器最為有名的成就是拍攝了冥王星的高清照片。不過，仔細探究新視野號的飛行軌道的話，我們可以發(fā)現(xiàn)它對小行星帶還有土星都曾有過穿越或者飛掠的行動。
2006年6月13日，新視野號飛掠132524號小行星并拍下照片。從此，這顆直徑約2.5公里的小行星有了名字：APL，也就是約翰·霍普金斯大學應(yīng)用物理實驗室的縮寫。
2010年，新視野號飛掠83982號小行星。哈！83982號！這么大的編號！嗯，因為這是一顆在2002年4月12日才被發(fā)現(xiàn)的小行星。這顆小行星屬于半人馬族。這個族名很奇怪，說明它并不屬于我們?nèi)粘Ｊ煜さ幕鹦桥c木星之間的那個小行星帶。實際上83982號小行星來自木星與海王星軌道之間的小行星區(qū)域。
[小知識]：隨著人類技術(shù)的發(fā)展，科學家們逐漸認識到，小行星不僅僅存在于火星和木星軌道之間的小行星帶中，還會散布在木星與海王星軌道之間的廣袤區(qū)域，而在海王星軌道之外，有個名為柯伊伯帶的區(qū)域。柯伊伯帶至少比火星與木星之間的主小行星帶寬20倍，這里的星體質(zhì)量的總和預(yù)計是主小行星帶的200倍。于是，認知又被刷新了一番。
▲ 藝術(shù)家的筆下黎明號探測器和灶神星（左）與谷神星（右）的合影
黎明號
2007年9月27日，黎明號發(fā)射升空。它的探測目標是1號小行星谷神星和4號小行星灶神星。人類終于能夠近距離探測編號在10以內(nèi)的小行星了！
2011年7月16日，黎明號進入繞灶神星的軌道。灶神星，不愧于它的名字。這顆以掌管灶火的灶王爺命名的小行星是夜空中最亮的小行星（最大相對亮度為5.1）。人類根據(jù)黎明號探測器傳回的數(shù)據(jù)繪制了灶神星地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖。
2015年3月6日，黎明號探測器進入1號小行星谷神星的軌道。直徑達945公里的谷神星是海王星軌道以內(nèi)，人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的小行星。想當年人類可是把它看做是火星與木星軌道之間的一顆新發(fā)現(xiàn)的行星的。
谷神星自己的質(zhì)量占據(jù)了整個主小行星帶的三分之一。把太陽系內(nèi)人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的所有的天體（包括太陽在內(nèi)）放到一起，然后按個頭兒從大到小排個序的話，谷神星能夠排到第35位。地球排第6位，月球排第14位。
統(tǒng)計算來，黎明號探測器繞著灶神星和谷神星已經(jīng)轉(zhuǎn)了2450多圈，發(fā)回了大量數(shù)據(jù)。至今，美國宇航局的黎明號探測器已傳回6.9萬張照片，共計132G。
按最新的分析結(jié)果，谷神星有稀薄的大氣，表面有水冰，而且很有可能在地殼下面隱藏有巨大的地下海洋。
中國的小行星探測
近幾年，中國原本是沒有專門的小行星探測計劃的，但是中國研制的深空探測器的確也飛掠了小行星，而且還創(chuàng)造了飛掠距離的世界紀錄！
公元2010年10月1日，嫦娥二號發(fā)射成功。它只是一顆探測月球的深空探測器，而且還僅僅是一顆嫦娥一號的備份星。
嫦娥二號分別在100×100公里的圓軌道和100×15公里的橢圓軌道進行了高分辨率成像和環(huán)月探測，完整獲取了7米分辨率的月球表面三維影像數(shù)據(jù)，并完成了對嫦娥三號落月任務(wù)預(yù)選著陸區(qū)虹灣局部區(qū)域的達到1.3米的高分辨率成像。
2011年4月1日，嫦娥二號到達設(shè)計壽命。為了積累深空探測經(jīng)驗，嫦娥二號于6月9日下午離開月球，前往距地球約150萬公里遠的日-地拉格朗日L2點，對太陽實施探測，同時進行測控技術(shù)等試驗。8月25日嫦娥二號進入日地拉格朗日L2點的環(huán)繞軌道。該軌道為類似橢圓形軌道，衛(wèi)星環(huán)繞軌道1周需6個月時間。成功到達L2點后，嫦娥二號刷新了中國航天測控距離的紀錄，也成為了世界首個從月球直接前往日地拉格朗日點的航天器。
這顆造價只有6億元人民幣（相當于9057萬美元）的探測器探測了月球，奔赴了拉格朗日點之后，能力還有富余。于是，它開始前往小行星。2012年4月15日，嫦娥2號離開地日拉格朗日L2點前往有撞擊地球危險的4179號小行星進行探測。
北京時間2012年12月13日16時30分09秒，嫦娥二號在距地球約700萬公里遠的深空掠過4179號小行星，最近距離僅為3.2公里。飛掠時速高達10.73公里/秒。
這是中國探測器第一次對小行星進行近距離拍攝。
這次探測，使中國成為了繼美國、日本、歐空局后，第4個對小行星實施探測的國家或組織。
故事還沒有完，探測完小行星后，嫦娥二號居然還有余力。于是，她成了中國首顆飛入行星際的探測器，在后續(xù)的星際飛行中，其飛行目標將主要聚焦在星載設(shè)備長壽命考核、自主飛行能力、行星際遠距離測控驗證等方面。早在2014年，嫦娥二號就飛到了距離地球7000萬公里的地方，不斷打破我國深空探測器的飛行距離紀錄。按軌道計算的結(jié)果，嫦娥二號至少能夠飛到距離地球3億公里的地方，成為一顆傳奇的行星際探測器。
近距離飛掠、繞飛、著陸、采樣返回，是目前人類能夠?qū)π⌒行菍嵤┑募夹g(shù)手段。
未來，尚有四大技術(shù)手段有待實施：
人工改變小行星軌道的技術(shù)；
載人登陸小行星的技術(shù)；
工業(yè)化開采小行星的技術(shù)；
借助系外小行星進入其他星系的技術(shù)。
責任編輯：夏丹
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