不死鳥(niǎo)傳奇

鸑鷟鹓雛　徐蒙

對(duì)未知的探索總是充滿危險(xiǎn)和不確定性。大航海時(shí)代，無(wú)數(shù)風(fēng)帆折戟深海;早期的飛行史，無(wú)數(shù)飛機(jī)折翼藍(lán)天;當(dāng)人類的腳步延伸至太陽(yáng)系時(shí)，又有一些探測(cè)器像斷了線的風(fēng)箏一樣杳無(wú)音信……

和航海、航空不同的是，為了飛得更高、看得更遠(yuǎn)，絕大多數(shù)航天探測(cè)器都不會(huì)把燃料消耗在“飛回來(lái)”這件事上。對(duì)它們來(lái)說(shuō)，這場(chǎng)太陽(yáng)系的航行是一條不歸路，一旦開(kāi)始便義無(wú)反顧。畢竟，能重回地球懷抱的幸運(yùn)兒少之又少。

然而，有這樣一個(gè)幸運(yùn)兒，它是一只不屈服于命運(yùn)的“不死鳥(niǎo)”，在探索人類從未涉足過(guò)的陌生地帶時(shí)，雖遭受摧殘，甚至一度和地面失去聯(lián)系，但仍然頑強(qiáng)地堅(jiān)持下來(lái)，大難不死，在人類的幫助下，帶著珍貴的小行星樣本返回了地球。

這只傳奇的“不死鳥(niǎo)”就是日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的“隼（sǔn）鳥(niǎo)號(hào)”小行星探測(cè)器！

在隼鳥(niǎo)號(hào)功成名就之后，“隼鳥(niǎo)”家族又添一名得力干將——隼鳥(niǎo)2 號(hào)小行星探測(cè)器。這枚探測(cè)器正在追隨前輩的腳步，探索一片未知之地——目標(biāo)小行星“龍宮”，今年，隼鳥(niǎo)2號(hào)便會(huì)攜帶“龍宮”的禮物返回地球。

今天，我們先來(lái)介紹“隼鳥(niǎo)”家族的第一位成員——隼鳥(niǎo)號(hào)探測(cè)器。

堅(jiān)毅勇敢的“隼鳥(niǎo)號(hào)”

命途多舛卻大難不死的隼鳥(niǎo)號(hào)，是世界上第一個(gè)成功從小行星采集樣品并返回地球的探測(cè)器，也是第一個(gè)成功在小行星表面停留并離開(kāi)的探測(cè)器。在諸多光環(huán)的背后，是隼鳥(niǎo)號(hào)辛酸的“傷病史”：電能供應(yīng)不盡人意、接二連三的故障、發(fā)動(dòng)機(jī)罷工、燃料泄漏……這些“傷病”差點(diǎn)兒毀掉隼鳥(niǎo)號(hào)，甚至一度使隼鳥(niǎo)號(hào)與地球失聯(lián)。然而，隼鳥(niǎo)號(hào)奇跡般地戰(zhàn)勝了一個(gè)又一個(gè)困難，歷經(jīng)3年艱辛的歸家之路，最終成功返回了地球。

隼鳥(niǎo)號(hào)

這只堅(jiān)毅勇敢的“不死鳥(niǎo)”只是一個(gè)長(zhǎng)1.6米、寬1.1米、高1米的立方體，重量?jī)H有510千克，通常相同壽命的人造地球衛(wèi)星重量都在一兩噸左右。身材嬌小且貌不驚人的隼鳥(niǎo)號(hào)要啟程前往的探測(cè)目標(biāo)也只是一顆名不見(jiàn)經(jīng)傳的小行星—小行星25143號(hào)“絲川”。這顆小行星是以“日本火箭之父”絲川英夫的名字命名的。

其實(shí)，隼鳥(niǎo)號(hào)原本打算探測(cè)的是小行星4660 Nereus，但因?yàn)樘綔y(cè)器設(shè)計(jì)出了些問(wèn)題，需要延期發(fā)射，于是探測(cè)目標(biāo)改成了2號(hào)備選探測(cè)目標(biāo)——小行星1989 ML。此后，火箭又出了問(wèn)題，不得不再次延期，這時(shí)1989 ML也飛遠(yuǎn)了，最終科學(xué)家只好選定當(dāng)時(shí)軌道位置適合的3號(hào)備選探測(cè)目標(biāo)—小行星“絲川”。

小行星“絲川”非常小，僅有535米長(zhǎng)、294米寬、209米高。這個(gè)尺寸僅為9個(gè)國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”的大小。“絲川”也成為當(dāng)時(shí)人類主動(dòng)探測(cè)的最小的天體。隼鳥(niǎo)號(hào)不僅要飛到“絲川”表面，還要采集樣品返回地球——這是1972年美國(guó)阿波羅載人登月并采樣返回之后，人類再也沒(méi)有完成過(guò)的挑戰(zhàn)。

“絲川”并不位于我們熟知的、介于火星和木星之間的小行星帶中，而是近地小行星的一支——阿波羅型小行星中的一顆。阿波羅型小行星的軌道通常為橢圓形，既和小行星帶相交，又和地球軌道相交（因此阿波羅型小行星也是對(duì)地球最有威脅的一類小行星）。也正因如此，部分阿波羅型小行星接近地球的時(shí)候距離非常近，這也使得阿波羅型小行星成為相對(duì)容易探測(cè)的一類小行星。

阿波羅型（Apollo）小行星的軌道

2003年5月9日，隼鳥(niǎo)號(hào)從日本鹿兒島內(nèi)之浦宇宙空間觀測(cè)所發(fā)射升空。然而發(fā)射后不久，超強(qiáng)的太陽(yáng)黑子爆發(fā)，隼鳥(niǎo)號(hào)的一部分太陽(yáng)能帆板失效，太陽(yáng)能電量供應(yīng)下降。雪上加霜的是，它的蓄電池后來(lái)也有一部分損壞了。不過(guò)，這些故障對(duì)于隼鳥(niǎo)號(hào)后來(lái)的遭遇而言只是波折命運(yùn)的“開(kāi)胃小菜”。

隼鳥(niǎo)號(hào)從日本鹿兒島內(nèi)之浦宇宙空間觀測(cè)所發(fā)射升空

禍不單行

2004年5月19日，隼鳥(niǎo)號(hào)再次飛掠地球，為什么離開(kāi)地球之后又一次飛回來(lái)呢？隼鳥(niǎo)號(hào)和地球都只是恰好繞太陽(yáng)兜了一圈，兜圈怎么能算“回頭”？就是一直向前走的呀！在兜圈的過(guò)程中，隼鳥(niǎo)號(hào)可以借助地球的引力助推提高自己的效率，節(jié)省燃料、節(jié)約成本。不僅如此，為了實(shí)現(xiàn)低成本、低燃料消耗，隼鳥(niǎo)號(hào)還使用了新技術(shù)——離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)并不是在隼鳥(niǎo)號(hào)上首次使用的，但像隼鳥(niǎo)號(hào)這樣如此長(zhǎng)時(shí)間使用和驗(yàn)證離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的卻不多見(jiàn)，這也正是隼鳥(niǎo)號(hào)要完成的一個(gè)科學(xué)目標(biāo)。離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)目前的推力相比常見(jiàn)的化學(xué)能發(fā)動(dòng)機(jī)要小得多，但它非常節(jié)省燃料，因此可以降低燃料的重量。離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)在太空中長(zhǎng)時(shí)間的加速性能能夠滿足航天器的使用，因此有望成為未來(lái)長(zhǎng)距離航天器的首選發(fā)動(dòng)機(jī)類型。

隼鳥(niǎo)號(hào)前期軌道

不過(guò)，現(xiàn)在回頭看，隼鳥(niǎo)號(hào)的曲折經(jīng)歷無(wú)一不和離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)。2005年7月29日，隼鳥(niǎo)號(hào)的儀器首次拍攝到目標(biāo)小行星“絲川”，這標(biāo)志著隼鳥(niǎo)號(hào)已經(jīng)快要接近目的地了！然而僅僅過(guò)了兩天，隼鳥(niǎo)號(hào)就出現(xiàn)了第一個(gè)大問(wèn)題——x軸姿態(tài)控制功能失靈，此時(shí)的隼鳥(niǎo)號(hào)就相當(dāng)于一架不能控制自己左右轉(zhuǎn)彎的飛機(jī)。現(xiàn)代的航天器大多采用的是三軸控制的方式，即通過(guò)內(nèi)部控制器的調(diào)整，穩(wěn)定航天器在x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸上的方位，保證航天器在漫無(wú)邊際的空間中維持自身的相對(duì)穩(wěn)定。姿態(tài)調(diào)整的一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是我們熟悉的飛機(jī)，當(dāng)飛機(jī)需要左右轉(zhuǎn)向（x軸）、左右翻滾（y軸）或上下俯仰（z軸）時(shí)，就需要調(diào)整飛機(jī)的飛行姿態(tài)，航天器也是如此。好在，一個(gè)方向上的姿態(tài)控制功能失靈還不算太糟，隼鳥(niǎo)號(hào)可以用自己的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整自身姿態(tài)。

2005年9月12日，隼鳥(niǎo)號(hào)離目標(biāo)小行星“絲川”僅相距20千米，官方宣布隼鳥(niǎo)號(hào)順利抵達(dá)目的地。然而禍不單行，10月2日，隼鳥(niǎo)號(hào)的y軸姿態(tài)穩(wěn)定功能也失靈了。“病情”加重的隼鳥(niǎo)號(hào)無(wú)法求醫(yī)，只能硬扛。

日本隼鳥(niǎo)號(hào)小行星探測(cè)器傳回地球的照片

隼鳥(niǎo)號(hào)抵達(dá)小行星

進(jìn)入11月，隼鳥(niǎo)號(hào)開(kāi)始了多次充滿不確定性的著陸。由于著陸時(shí)通信天線無(wú)法對(duì)準(zhǔn)地球，因此這段時(shí)間地球和隼鳥(niǎo)號(hào)之間是失聯(lián)的。外加此時(shí)地球和小行星“絲川”之間的距離較遠(yuǎn)，因此光速的信號(hào)傳輸回來(lái)也會(huì)有幾分鐘的延遲。這就導(dǎo)致了地面控制中心對(duì)隼鳥(niǎo)號(hào)的情況一無(wú)所知——科學(xué)家不知道它有沒(méi)有著陸，也不知道發(fā)過(guò)去的指令有沒(méi)有生效。11月12日，隼鳥(niǎo)號(hào)下降到距離小行星表面僅55米的地方，原本準(zhǔn)備著陸的隼鳥(niǎo)號(hào)發(fā)生了故障，停在了半空中，不知情的地面工作人員錯(cuò)誤地評(píng)估了此時(shí)隼鳥(niǎo)號(hào)的狀態(tài)，人為操縱隼鳥(niǎo)號(hào)釋放了1千克重的微型著陸器“密涅瓦”。

隼鳥(niǎo)號(hào)

由于此時(shí)著陸器距離“絲川”表面過(guò)高，而“絲川”自身的引力又非常小，因此在這個(gè)高度下釋放的“密涅瓦”逃逸到了太空之中，著陸失敗。不過(guò)這和接下來(lái)的事故相比，并不算什么。11月20日，隼鳥(niǎo)號(hào)首次“觸摸”到了小行星“絲川”。不過(guò)，這又是一次充滿未知的著陸。隼鳥(niǎo)號(hào)因不明原因的故障在10米高的半空中停留，并進(jìn)入安全模式，此時(shí)地球基站發(fā)出放棄著陸和上升的指令。然而，還沒(méi)等隼鳥(niǎo)號(hào)收到這一指令，它就自行降落在了小行星“絲川”的表面。隨后在上升狀態(tài)中，隼鳥(niǎo)號(hào)才收到來(lái)自地球基站的上升指令，而另一邊的地球基站也才收到隼鳥(niǎo)號(hào)的著陸狀態(tài)確認(rèn)……這尷尬的延遲使多少工作人員為之揪心！

11月26日，隼鳥(niǎo)號(hào)第二次“觸碰”到小行星“絲川”，并完成了采樣回收。隨后，它再次上升，升到距離“絲川”表面5千米時(shí)，隼鳥(niǎo)號(hào)終于確認(rèn)了一直以來(lái)的燃料泄漏問(wèn)題。確認(rèn)之后的第二天，隼鳥(niǎo)號(hào)的“病情”加重了！由于燃料泄漏多時(shí)，電池因失溫幾乎喪失能量，主發(fā)動(dòng)機(jī)也沒(méi)有足夠的燃料可用，隼鳥(niǎo)號(hào)一時(shí)無(wú)法調(diào)整姿態(tài)，逐漸失控。而姿態(tài)失控意味著隼鳥(niǎo)號(hào)的天線將無(wú)法對(duì)準(zhǔn)地球，無(wú)法與地球保持通信。12月8日，隼鳥(niǎo)號(hào)與地球徹底失聯(lián)！12月14日，JAXA宣布隼鳥(niǎo)號(hào)的返回計(jì)劃延期。

不拋棄、不放棄，成為接下來(lái)的奮斗目標(biāo)，這不僅是對(duì)地面工作人員的勉勵(lì)，也是對(duì)隼鳥(niǎo)號(hào)的期待。隼鳥(niǎo)號(hào)在失聯(lián)狀態(tài)下，姿態(tài)會(huì)持續(xù)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。然而在這些不穩(wěn)定狀態(tài)中，隼鳥(niǎo)號(hào)會(huì)有一定概率處在可以與地球進(jìn)行短時(shí)間通信的特定姿態(tài)，這時(shí)候地面工作人員就可以嘗試人為啟動(dòng)它的離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)了。另一方面，地球自身也在公轉(zhuǎn)，因此地球的視角也在不斷地變化。總而言之，就是希望能有幸聯(lián)系上正在亂轉(zhuǎn)的隼鳥(niǎo)號(hào)，并幫助它恢復(fù)有序狀態(tài)。地面工作人員此時(shí)能做的，就是不斷地搜尋可能由隼鳥(niǎo)號(hào)發(fā)出的信標(biāo)信號(hào)。

等待的過(guò)程是煎熬的，很多探測(cè)器在失聯(lián)之后就再無(wú)音信，工作人員不知道要等待多久，也不知道遙遠(yuǎn)的隼鳥(niǎo)號(hào)此時(shí)正在經(jīng)歷什么。2006年1月23日，失聯(lián)了46個(gè)日夜之后，地球基站最終等來(lái)了隼鳥(niǎo)號(hào)的消息！

能夠收到信標(biāo)信號(hào)，說(shuō)明隼鳥(niǎo)號(hào)的系統(tǒng)還在正常工作，還能進(jìn)行一定的姿態(tài)調(diào)整。于是地面工作人員發(fā)出指令讓隼鳥(niǎo)號(hào)再次發(fā)送信標(biāo)信號(hào)，3天后地面就收到了隼鳥(niǎo)號(hào)的“回應(yīng)”。2月6日，根據(jù)指令，隼鳥(niǎo)號(hào)又啟動(dòng)了離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，一步步進(jìn)行了姿態(tài)調(diào)整，并將天線對(duì)準(zhǔn)了地球。

“不死鳥(niǎo)”的歸家之路

大難不死的隼鳥(niǎo)號(hào)還有個(gè)終極目標(biāo)——返回地球。可病入膏肓的隼鳥(niǎo)號(hào)還能繼續(xù)這場(chǎng)旅程嗎？

隼鳥(niǎo)號(hào)再入大氣層的壯觀場(chǎng)面

2007年4月25日，隼鳥(niǎo)號(hào)正式開(kāi)始返航。2007年10月18日，完成回歸之旅的第一次變軌。2009年2月4日，完成第二次變軌。2009年11月4日，離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)D發(fā)生故障。不僅如此，發(fā)動(dòng)機(jī)A、B也分別有一部分器件發(fā)生故障。幸好發(fā)動(dòng)機(jī)A、B損壞的部分不—樣，地面工作人員將兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的部分拼湊成“一臺(tái)”可用的發(fā)動(dòng)機(jī)。最終，隼鳥(niǎo)號(hào)憑借僅剩的AB組合發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)C，勉強(qiáng)向著地球狂奔。

2010年4月，隼鳥(niǎo)號(hào)進(jìn)入返回地球的60天倒計(jì)時(shí)，此時(shí)它距離地球還有2700萬(wàn)千米，從這個(gè)距離飛向地球所需的精準(zhǔn)程度堪比太空狙擊手。不過(guò)，頑強(qiáng)的“隼鳥(niǎo)”不負(fù)眾望，在最后的兩個(gè)月中，它進(jìn)行了4次軌道調(diào)整，精準(zhǔn)地飛入了地球軌道。在返回地球的倒數(shù)第3天，隼鳥(niǎo)號(hào)在距離地球40000千米的高度釋放了返回艙，準(zhǔn)備投入地球的懷抱。

2010年6月13日，隼鳥(niǎo)號(hào)返回艙返回地球，速度高達(dá)12千米/秒，比普通返回式衛(wèi)星和載人飛船返回艙的速度還要快。如此高速飛入大氣層，返回艙需要耐受和隔離大氣摩擦產(chǎn)生的高溫，這個(gè)溫度是載人飛船和航天飛機(jī)都難以承受的。

隼鳥(niǎo)號(hào)主體本可能就此漂泊于太陽(yáng)系，就像同為采樣返回任務(wù)的“星塵號(hào)”一樣，但它最終選擇了回歸地球，不過(guò)這個(gè)選擇的代價(jià)是墜入大氣層燒毀。隼鳥(niǎo)號(hào)再入大氣層的畫(huà)面十分震撼，高速摩擦產(chǎn)生的視覺(jué)效果如同高空綻放的煙花般絢爛，隼鳥(niǎo)號(hào)就在這“煙花”之中完成了自己的使命，而它的返回艙安全墜落在預(yù)定的澳大利亞沙漠中。

在此之前，從沒(méi)有一個(gè)無(wú)人探測(cè)器，經(jīng)歷過(guò)這么多艱難坎坷還能絕處逢生。隼鳥(niǎo)號(hào)的不屈歷程，鼓舞著每一個(gè)人。日本人為這段探測(cè)經(jīng)歷拍攝了電影《隼鳥(niǎo)歸來(lái)》，在電影海報(bào)上這樣寫(xiě)道：

60億千米的距離，2592個(gè)日日夜夜，

這場(chǎng)宇宙之旅，

只為歸來(lái)。

為隼鳥(niǎo)號(hào)制作的歌曲中則唱道：

高色吧，隼鳥(niǎo)號(hào)！

即使折斷翅膀，

仍要懷抱夢(mèng)想。

直到見(jiàn)到故鄉(xiāng)的天空，

直到燃盡最后的軀殼，

也要對(duì)地球母親說(shuō)聲“我回來(lái)了”。