“隼鳥2號”采樣：“鳥槍”換“炮”

文/ 松堂

▲ 隼鳥2 號探測器探測“龍宮”小行星模擬圖

▲ 返回地球的樣本返回艙

日本的外星球采樣活動主要針對小行星。早在本世紀初，日本就發射了隼鳥號小行星探測器，歷經千辛萬苦，終于從糸川小行星上帶回了珍貴的巖石樣本。日本在2014年又發射了隼鳥2號小行星探測器，前往龍宮小行星。

“隼鳥號”的采樣方式，是用兩顆槍彈射擊糸川號表面，試圖濺起碎石加以采集。但是當“隼鳥號”返回地球之后，人們發現返回艙里什么都看不到！科研人員把返回艙放到顯微鏡下之后，才找到1500 粒細小的灰塵。為了多弄一點樣品，在“隼鳥2 號”研制期間，日本航天科研人員打算改變采樣的方式，把“槍”換成“炮”。

來自反坦克炮彈的設計

“隼鳥2 號”安裝了一個叫做“小型攜帶式沖擊器”的設備，主要是一個類似于自鍛破片彈原理的炸藥漏斗。

自鍛破片彈也被稱作爆炸成形彈藥，在炸藥表面貼著一層漏斗形的紫銅罩子。當炸藥爆炸的時候。火藥的威力會把這個銅罩子向中間擠壓，形成一個尖頭的圓柱體。這個圓柱體的飛行速度非常快，幾乎能夠達到2000 米/秒以上。如果讓它飛到坦克集群的上空之后起爆，用高速的尖頭圓柱體從上往下攻擊坦克的頂部，很容易打出個大窟窿來。因此，自鍛破片彈的應用越來越廣泛。

▲ “隼鳥2 號”的炮彈

▲ “隼鳥2 號”的返回艙

▲“隼鳥2 號”的采樣器

自鍛破片彈是不是真的能用來打小行星呢？在2011年10月，日本宇宙航空研究開發機構在自己的實驗場進行了一次射擊實驗。他們把自鍛破片彈放在一個混凝土掩體當中，在100 米外設置了一個邊長為4 米的白色靶子，中間還豎著6 個用白紙糊成的薄板。點火之后，自鍛破片彈的4.7 千克奧克托今炸藥起爆，順利形成了一個2000 克重的尖頭圓柱體，以2000 米/秒的初速度飛向靶子，不但順利擊穿了6 層薄板，還把靶子打了一個大窟窿；然后繼續飛行，在靶子后面的山體上打碎了一大塊巖石。顯然，這個方法是有效的。

躲起來再開炮

炮彈的威力比子彈大多了，炸飛的碎石完全可能把“隼鳥2 號”自己打壞，因此必須從一定的距離處開炮才可以。日本宇宙航空研究開發機構的科研人員決定，先把這個帶著自鍛破片彈頭的“小型攜帶式沖擊器”從“隼鳥2號”本體上分離出去。在它向“龍宮”下降的過程中，“隼鳥2 號”本體先向旁邊躲閃，然后縱向機動，飛到預定炮擊位置的另一側去。

“小型攜帶式沖擊器”在“龍宮”上方約250 米的高度起爆，把一枚彈丸高速射向“龍宮”，同時自己也炸成一團碎片。不過，無論這些碎片還是被彈丸激起的碎石，都會被“龍宮”本身擋住，不會影響到“隼鳥2 號”。等碎石和碎片都飛遠之后，“隼鳥2 號”再回到原先的位置飛行，準備采樣。

為了及時了解炮擊的位置到底在哪里，“隼鳥2 號”飛行到與預定炮擊點大致平行的位置時，會先釋放一個“可部署相機”。這臺圓柱形相機的直徑和長度都是78 毫米，上面有兩個鏡頭，自帶電池和通信天線。它可以從1000米外拍攝炮擊過程，第一時間定位彈著點，節省采樣過程的時間。

一切安全之后，“隼鳥2號”回到“龍宮”上方大約20 千米的地方，開始下降程序。首先要拍攝彈著點的圖像，由地面人員編制圖像匹配程序。然后根據程序確定飛行彈道和修正量，控制“隼鳥2 號”逐步向彈著點下降。這個過程中要不斷修正，確保精確瞄準。

抵達小行星表面后，“隼鳥2 號”就把采樣器頭部伸進彈坑，用一個類似于倒刺結構的管子把碎石和渣土采集起來，送到收納器里，準備運回地球。

2020年12月5日，“隼鳥2 號”返回艙順利降落在澳大利亞。開艙后，人們發現其中有5.4 克樣品。雖然只有這么一點，卻是太空探索史上的一大步了。★