再續(xù)傳奇——隼鳥2號的小行星探測之旅(上)

鸑鷟鹓雛　徐蒙

隼鳥2號的重大改進

隼鳥2號沿用隼鳥號已經(jīng)驗證的平臺和技術(shù)，整體結(jié)構(gòu)跟隼鳥號差不多，只是體積和質(zhì)量都比隼鳥號略大，這主要是因為它多帶了一些儀器。為了避免之前隼鳥號遇到的各種意外再次發(fā)生，工程師們對隼鳥2號進行了許多有針對性的重大改進。下面我們就來看看吧！

隼鳥2號

天線

天線可是隼鳥2號與前輩區(qū)別最大的部分了。隼鳥號頭頂只有一個長得像鍋一樣的高增益拋物面天線，然而隼鳥號最大的一次事故就是和地球失聯(lián)，因此隼鳥2號采用了“雙保險”——頭頂裝有兩個高增益天線。這兩個高增益天線的頻段不同，一個是X波段的，專門用于深空探測;另一個是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)的速度也會更快。這兩個頻段的天線彼此之間互相“聽”不見，因此也不會相互干擾。地面的工作人員利用它們就可以更高效地與隼鳥2號“交流”了。

測星儀

隼鳥號是用一個測星儀來自動追蹤和校準位置的，而隼鳥2號的前方多出了一個測星儀。兩個測星儀不僅可以單獨測量星體位置，彼此之間還可以采用干涉測量，這極大地提高了隼鳥2號自己定位的精度和軌道調(diào)整的精確度，為隼鳥2號搜尋目標小行星和返回地球提供了保障。

撞擊器

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

隼鳥2號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。這次攜帶的撞擊器堪稱“大號的高爆彈”，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，形成一個人造撞擊坑。隼鳥2號將在這個新的撞擊坑附近著陸，探尋小行星內(nèi)部的物質(zhì)。

標記球

標記球的作用是協(xié)助探測器安全降落。探測器到小行星的垂直距離很容易測量出來，但是探測器的水平移動距離卻不方便測量，“隼鳥”家族的工程師們就想：這時如果探測器能自己向小行星表面釋放一個“燈塔”就好了！由此，標記球出現(xiàn)了。在每次著陸采樣之前，“隼鳥”都會先釋放一個標記球，這個標記球會反射探測器閃光燈發(fā)出的光，就像一座小型燈塔一樣為探測器指路，“隼鳥”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2號裝配了5個標記球，比隼鳥號多了2個。

隼鳥2號攜帶的5個標記球

多個著陸器和巡視器

隼鳥2號攜帶的著陸器

隼鳥號當年曾攜帶1枚約500克的微型巡視器“密涅瓦”，但因為操作失誤，這枚巡視器沒能成功落在小行星“絲川”表面。以防萬一，這次隼鳥2號攜帶了1個著陸器和3個巡視器。不過，因為這些分離設(shè)備都裝在隼鳥2號底部，所以肉眼看上去它們的這個差別并不明顯。

隼鳥2號攜帶的巡視器

自主控制系統(tǒng)

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

當年隼鳥號就是因為自身的控制系統(tǒng)不夠完善才導(dǎo)致姿態(tài)調(diào)整接二連三地出現(xiàn)問題。所以，隼鳥2號必須有更完善的自主控制系統(tǒng)，才能在探測過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2號計劃探測的小行星“龍宮（Ryugu）”和當年隼鳥號探測的小行星“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，在探測器發(fā)射前，小行星“龍宮”都還沒有一個正式的名字，只有臨時編號1999 JU3。

“龍宮”這個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，回到人間的時候帶回一個寶盒。借由這個故事，人們?yōu)轹励B2號探測的小行星取名為“龍宮”，是希望隼鳥2號能像浦島太郎一樣從“龍宮”帶回珍貴的信息。

“龍宮”這個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。

科學家們之所以選擇這顆小行星進行探測，一是因為小行星不像行星和大型衛(wèi)星一樣經(jīng)歷過劇烈的地質(zhì)和物理改造，或許還保留著原始太陽系的成分和信息;二是這類碳質(zhì)小行星被認為是碳質(zhì)球粒隕石的母體，除了可能含水之外，有些還富含有機物。地球早期的水和生命可能就是由富含水和有機物的小行星和彗星撞擊帶來的。也就是說，探測這樣的小行星既可以幫助人們了解太陽系早期的歷史和演化，說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2號并不是急急忙忙地飛向目標小行星，而是先做了一遍身體檢查，確認了負責探測器飛行功能的離子推進發(fā)動機和負責與地球通信的Ka波段高增益天線一切正常。

歷經(jīng)3個月的在軌測試后，2015年3月5日，隼鳥2號體檢合格后，正式開始了漫長的巡航之旅。

隼鳥2號不著急起程的另一個原因也和其軌道設(shè)計有關(guān)，“隼鳥”家族為了充分節(jié)約燃料，都選擇了前往小行星的“經(jīng)濟艙”，通過進入環(huán)繞太陽的飛行軌道，慢慢與小行星“龍宮”的軌道交會，其間還要在地球上空“中轉(zhuǎn)”一次來“借力”加速。

2015年12月，地球和隼鳥2號都圍繞太陽公轉(zhuǎn)了一圈，在最初的起點再次相會。通過這次相會，隼鳥2號獲得地球的引力助推，這樣又能節(jié)省不少燃料。

在對著地球回眸一笑之后，隼鳥2號開始調(diào)整軌道飛向小行星“龍宮”，開始了一場漫長的追逐賽。2018年6月3日，隼鳥2號追上了小行星“龍宮”，此時兩者的距離僅有2600千米，相當于北京到昆明的距離。此時，隼鳥2號不慌不忙地關(guān)閉了自己的離子推進發(fā)動機。因為離子推進發(fā)動機的推力比較小，這么小的“油門”不適用于急剎車，于是隼鳥2號在到達終點前并沒有沖刺，而是選擇關(guān)掉動力。

隼鳥2號的設(shè)計軌道

即使沒有動力，在巨大的慣性作用下，隼鳥2號的速度也比飛機快得多，不過小行星“龍宮”也不落下風，因此隼鳥2號還需要一個月左右的時間，才能抵近“龍宮”。

2018年6月17日，隼鳥2號離小行星“龍宮”只有300千米左右的距離了，這個距離只相當于上海到南京的距離。6月22日，距離進一步縮短到了44千米，大約相當于北京地鐵6號線或上海地鐵9號線全程的長度了！

按計劃，在抵達小行星“龍宮”之后，地面的工作人員會給隼鳥2號安排長達一年半的時間進行探訪活動。這么長的時間應(yīng)該足夠隼鳥2號完成工作，甚至偶爾出點兒問題也不影響進度。

在接下來一年半的時間，隼鳥2號還會有什么奇遇？它又會發(fā)現(xiàn)一個怎樣的“龍宮”呢？我們下期再見。