如何親吻一顆小行星

haibaraemily

這張最高分辨率的小行星貝努表面的全球地圖，由2155張冥王號在2019年3月7日至4月19日之間拍攝的圖像拼貼而成，圖像涵蓋貝努小行星表面3～5千米范圍內的區(qū)域

“冥王”已經覬覦“不死鳥”很久了?，F(xiàn)在，它終于抓住機會親吻了它。這是不久前發(fā)生在距離地球大約3億千米外的太空中的真實一幕。與神話故事不同的是，這位“冥王”是一枚探測器，而“不死鳥”是一顆小行星。

冥王探測器近年來一直在圍繞小行星貝努（ Bennu，古埃及神話中不死鳥的名字）飛行，打量著它，計劃著該從哪里著手。而它親吻貝努小行星的真實目的，是想帶走一份貝努的表層土樣本回去研究，看它為什么“不死”。而這顆直徑不到500米的小行星，在被冥王號探測器仔仔細細地環(huán)繞探測了近兩年后，也終于迎未了和冥王號的第一次親密接觸。為了這一天，冥王號已經演習了兩次。

采樣前的功課

貝努是一顆近地小行星，這意味著它有機會非?？拷厍颉５吘箓€頭太小了，在地基望遠鏡中僅僅是一個小亮點，看不到任何細節(jié)。想要探索太陽系里的這些小家伙，最大的難題之一就是在探測器抵達之前，人們對這些目標幾乎一無所知。因此，一飛到地方就開始采樣顯然太魯莽和危險了，這個精細活兒可一點兒都急不得。

行星科學家和工程師會在探測器出發(fā)前，設計出周密的探測計劃，讓探測器先花上數(shù)月甚至一兩年時間做功課，充分了解這個探測目標，然后才最終確定采樣位置、采樣方式等細節(jié)。冥王號對小行星貝努也是如此。

此前，來自日本的隼鳥2號在進行與龍宮小行星的親密接觸時，選擇的近距離探測方案是伴飛探測。也就是說，總體保持在距龍宮小行星約20千米的軌道上，和龍宮一起繞日飛行，但又相互獨立。隼鳥2號只在需要近距離探測或采樣時，才進一步下降飛近，完成探測或采樣任務后再返回原本的高度。

而冥王號選擇的方案是繞飛，也就是直接環(huán)繞小行星飛行，同時完成各種探測。冥王號的繞飛高度距貝努僅有1.6-2.1千米，這也是人類探測器首次成功環(huán)繞個頭和引力如此小的天體長期飛行。

在此后的近兩年時間里，冥王號一點一點調整軌道，在各種高度上地毯式掃射貝努表面的每一寸土地。對一部分需要重點考察的區(qū)域（例如備選采樣區(qū)），冥王號的飛掠高度甚至可以低至250米。通過這些近距離考察，貝努這個人類望遠鏡里的小亮點，已經一躍成為太陽系中人類最了解的小行星之一了。

由冥王號所攜相機拍攝的2155張照片拼出的小行星貝努的超高清全球影像圖，分辨率高達5厘米/像素，是人類迄今獲取的最高清的外星球全球影像圖。冥王號也攜帶了激光測高計，用2000萬個激光測距點數(shù)據，建立了貝努全球的高分辨率三維地形模型。冥王號的可見光與近紅外光譜儀發(fā)現(xiàn)，貝努表面廣泛分布著水合礦物和含碳物質（即有機物和碳酸鹽礦物），這意味著，冥王號采回的樣品或許帶來揭示地球上水和有機物起源的線索。這些探測結果都為冥王號后續(xù)的著陸選址工作提供了有力的工程數(shù)據支持和科學評估依據。

巨石環(huán)伺的采樣區(qū)

冥王號項目組沒有想到，選擇采樣區(qū)會是一件如此棘手的事情。

或許項目組原本以為，探測器到達后只要探測得足夠細致，選擇采樣區(qū)算不上什么太難的事，頂多就是有科學價值的地方太多了，導致選擇困難罷了。直到冥王號探測器真的近距離看到了小行星貝努，項目組的科學家和工程師才驚訝地發(fā)現(xiàn)，之前通過地基望遠鏡觀測和推算得出的結論，著實有點太樂觀了。

這顆小行星表面崎嶇多石。殘酷的現(xiàn)實為項目組尋找合適的采樣點帶來了更多困難，也為冥王號的接觸采樣增添了更多危險和不確定性。經過反復考察和挑選，冥王號項目組還是盡可能從貝努表面選出了4個還算安全、也具備較高

冥王號攜帶的相機于2019年3月7日在距離貝努5千米高度拍攝到的小行星表面，崎嶇多石，圖中間偏下的淺色石塊約7.4米寬科學價值的備選區(qū)。最終，4個備選區(qū)里最北端的夜鶯當選冥王號的首次采樣區(qū)。

但即使是精挑細選的采樣區(qū)，也依然免不了困難重重。冥王號設計的時候，項目組原本希望平坦的采樣區(qū)至少有直徑50米那么大，那樣即使探測器落得不那么精準，也能有點容錯量。然而現(xiàn)實是，即使是目前最合適的夜鶯采樣區(qū)，也不過是巨石環(huán)伺之中一片狹小的平坦區(qū)而已，實際允許冥王號安全采樣的接觸區(qū)直徑僅有6米。如果不能準確落入這個區(qū)域，那冥王號很可能還沒采集到樣品，就在降落過程中撞上大石塊，提前結束自己的探測生涯了。為了盡量減少和大

原本計劃的采樣區(qū)大小（橙圈，直徑50米）和實際允許的安全采樣區(qū)大?。ㄋ{圈，直徑6米）.對比小汽車的大小石塊的接觸，冥王號甚至要在下降過程中把兩枚太陽能板收攏成Y形。但這還遠遠不夠。

全新的降落導航技術

起初，冥王號任務打算使用激光測距作為著陸采樣階段的主要導航定位手段。但為了落得更準，NASA最終放棄了激光測距，改用了另一套基于光學影像的備用導航定位方案——自然特征跟蹤（Natural Feature Tracking，簡寫為NFT）技術。

冥王號在降落過程中不斷實時拍攝采樣區(qū)附近的照片，用這些照片和已有的三維地形和影像數(shù)據庫比對，匹配采樣區(qū)一帶的特征石塊作為地標，就可以更新自己的實時位置、速度和計劃采樣位置，如果檢測到拍攝的影像里有危險障礙物，還可以自主撤離。NFT技術的可靠性在冥王號探測器之前的兩次降落采樣演習中得到了驗證，而在實際降落采樣過程中，冥王號也依靠這種技術實現(xiàn)了精準降落。

碰一下就走，也要帶走一點樣品

面對直徑不到500米、重力極其微小的小行星貝努，冥王號采用了“接觸即離”式采樣（Touch-And-Go，簡寫為TAG），也就是碰一下就走。這和日本的隼鳥2號探測器在小行星龍宮上的采樣策略幾乎一樣。冥王號的整個接觸采樣過程耗時約4.5小時，共需完成3次點火操作，才能從原本的繞飛軌道下降到貝努表面