不死鸟传奇——“隼鸟”家族的小行星之旅（下）

3年前浏览1833

对宇宙的探索总是充满了危险和不确定性。

而对绝大多数探测器来说，即使顺利抵达，这场探索之旅也注定是一条不归路。

然而却有这样的一个幸运儿，它是一只不屈服于命运的“不死鸟”，在探索一片人类从未涉足过的陌生地带时，“身体”不幸受到巨大摧残，甚至一度和地面失去了联系。

在这样的情况下，“隼鸟”却毅然决然地坚持了下来，大难不死，最后在人类的帮助下，带着珍贵的小行星样本返回地球。

这只成就了不死鸟传奇的，是日本JAXA的“隼鸟”号（Hayabusa）小行星探测器。

在“隼鸟”号功成名就之后，它的继任——“隼鸟”2号小行星探测器也追随着前辈们的脚步，再次前往一个新的未知之地。目前，隼鸟2号即将抵达目标小行星“龙宫”（详见：速报||隼鸟2号探测器即将揭开的小行星“龙宫”的真面目），预计两年后，便会携带着“龙宫”的礼物返回地球。

隼鸟号和隼鸟2号探测目标天体时的假想图。来源：池下章裕/MEF/JAXA・ISAS

在上一期介绍了隼鸟号探测器之后（不死鸟传奇——“隼鸟”家族的小行星之旅（上）），今天我们再来介绍“隼鸟”家族的第二位成员——隼鸟2号探测器（Hayabusa 2）。

隼鸟2号的重大改进

隼鸟2号沿用隼鸟号已经验证的平台和技术，大小和质量都比隼鸟号略大，这主要是多带了一些仪器。整体结构跟隼鸟号差不多，太阳能板、广角相机、激光高度计什么的都是常规操作，还是同样采用了4台离子推进发动机（但加强了推力）。

但为了避免之前隼鸟号的各种意外的再次发生，隼鸟2号在方方面面都针对性地做出了许多重大改进。毕竟绝处逢生虽然刺激，但地球人毕竟心脏不太好…那样大起大落失而复得的经历，有一次就足够了，谁也不想再体验第二次了。

隼鸟2号硬件上的主要改进有五点，无一不体现了日本人“小心驶得万年船”的谨慎性格…

1）天线。

最大的差别就是天线部分了，隼鸟号头顶只有一个长得像锅一样的高增益抛物面天线，然而隼鸟号最大的一次事故就是和地球失联，因此隼鸟2号采用了双保险，头顶有两个高增益天线。

隼鸟号（左）和隼鸟2号（右）。来源：JAXA

这两个高增益天线的频段不同，彼此之间互相“听”不见，因此也不会互相干扰。其中一个是X波段，这是专用于深空探测的频段，另一个则是频率更高的Ka波段，这样地面的工作人员就可以更加高效地和隼鸟2号进行交流了。这里的Ka波段通信带宽要显著高于X波段，地面下载数据的速度也会更加快捷。

2）测星仪。

隼鸟号是用一个测星仪来自动追踪和对探测器的位置进行校准的，而隼鸟2号的前方多出了一个测星仪。两个测星仪不仅可以单独测量星体位置，彼此之间还可以采用干涉测量，这极大地提高了隼鸟2号自己定位的精度和轨道调整的精确度，为隼鸟2号搜寻目标小行星和返回地球提供了保障。

红色部分是隼鸟2号两个测星仪的仪器盖，在太空中是没有这两个盖子的。来源：JAXA

隼鸟号（左）和隼鸟2号（右）。来源：JAXA

3）撞击器。

隼鸟2号的底部携带了一枚小型的撞击器，这枚撞击器的作用就是狠狠地砸向小行星，希望能将小行星内部的物质也砸出来（有点类似NASA深度撞击号的探测思路）。这次携带的撞击器非常之暴力，是一枚大号的高爆弹，主体由2.5公斤重铜质的弹体和4.7公斤的炸药组成。撞击器将以2 km/s的高速撞向小行星表面，形成一个人造撞击坑。隼鸟2号就将在这个新的撞击坑里着陆，探寻小行星内部的物质。

隼鸟2号的底部视图，正中间的黄色圆形物体就是小型撞击器，周边环绕的5个小球就是下文说到的标记球，正上方是取样器。来源：JAXA

隼鸟2号扔下撞击器之后的假想图。隼鸟2号要赶紧飞离，以免被溅射物撞伤。来源：池下章裕/JAXA

4）第四个差别也位于底部，标记球的数量从3个增加到了5个。

隼鸟号（左）携带的3个标记球，隼鸟2号（右）携带5个标记球。来源：JAXA

标记球的作用是协助探测器降落。探测器到小行星的垂直距离很容易测量出来，但是探测器的水平移动却不方便测量，这时候要是小行星的地面有一座灯塔就好了，这个灵感启发了“隼鸟”家族的工程师们，探测器自己释放一个“灯塔”不就好了。因此，在着陆之前，隼鸟都会释放一个标记球，这个标记球会反射探测器的闪光灯发出的光，就像一座“小型灯塔”一样为探测器指路，隼鸟由此得知自己的位置的变化，尤其是水平方向的位置变化。

隼鸟号携带的3个标记球，上面是没点亮时的状态，下面是点亮时的状态。来源：JAXA

隼鸟号投下标记球的假想图。找得到标记球在哪里么？睁大眼睛仔细找…来源：池下章裕/MEF/JAXA・ISAS

5）硬件上还有一个肉眼不容易看出来的，是隼鸟2号这次携带了多个着陆器和巡视器。

不死鸟传奇——“隼鸟”家族的小行星之旅（上）里我们说过，隼鸟号携带了一枚约1斤重的微型巡视器Minerva，但因为操作失误，着陆失败了。

隼鸟号（也叫MUSES-C）携带的卫星着陆器Minerva。来源：JAXA

而这次，隼鸟2号估计吓着了，一口气带了一个着陆器（MASCOT）和三个巡视器（MINERVA-II1 ROVER 1A、ROVER 1B和MINERVA-II2 ROVER 2）…多带几个，保险~

隼鸟2号携带的着陆器（左）和巡视器（右）。来源：JAXA

除了这些外在的差异，最重大的内在差别，可能是隼鸟2号的自动和自主控制系统的升级。由于“隼鸟”家族的目的地距离地球都很远，远到光速也需要好几分钟，这样的话地面的隔空喊话必然会有几分钟的延迟，因此鞭长莫及的工作人员索性就把主动权交给探测器自己了。

当年的隼鸟号就是因为自身的控制系统不够完善，才导致姿态调整接二连三的出现了问题。在隼鸟号出现姿态控制问题之后，系统没能根治这一顽疾，导致病情恶化，姿态控制出现了大角度的偏差和失效，这也是导致失联的另一个原因。此外，隼鸟号降落和自动采集样本时的控制过程也出现了问题：第一次尝试降落时，在不正确的高度释放了着陆器，使得着陆器溜了；而在隼鸟号两次接触小行星地面的过程中，收集装置都未能正常工作，实际收集到的尘埃只是降落时溅起的灰尘。

这些问题都是隼鸟2号需要杜绝和防范的，控制好自己的飞行姿态，自主进行着陆、采集和起飞的操作，都是隼鸟2号需要苦练的基本功。

小行星“龙宫（Ryugu）”

隼鸟2号计划探测的小行星“龙宫（Ryugu）”和当年隼鸟号探测的小行星“丝川（Itokawa）”有许多相似之处。

例如：

它们都是林肯近地小行星研究小组（LINEAR）发现的；

它们体积都很小（直径不足1公里）；

它们都是近地小行星，更准确地说，都是近地小行星中的一支——阿波罗型（Apollo）小行星中的一颗。

龙宫的估计大小和形状。来源：JAXA

甚至也和小行星“丝川”一样，小行星“龙宫”直到发射都还没有一个正式的名字，只有一个临时编号1999 JU3。

“龙宫”这个名字来源于日本民间故事《浦岛太郎》（うらしまたろう），故事里的浦岛太郎被海龟带往海底龙宫，在龙宫受到了公主乙姬的热情款待，回到人间的时候带回了一个宝盒——寓意采样返回任务隼鸟2号也能从小行星带回珍贵的信息。

ポプラ出版社 (2018/3/6)童书《浦岛太郎》的封面

这个名字的另一个意义在于，“龙宫”是一颗C型小行星，或者说是碳质小行星，这类小行星上有大量碳酸盐矿物——表明小行星上有着含量不低的水，这也非常符合“海底龙宫”的意味。（这点不同于小行星“丝川”，它是一颗S型小行星，或者说岩质小行星，这类小行星上有大量硅酸盐矿物。）

之所以选择探测这颗小行星，也有这方面的原因。小行星不像行星和大型卫星一样经历过剧烈的地质和物理改造，可以认为还保留着原始太阳系的成分和信息；同时，C型小行星被认为是碳质球粒陨石母体，除了含有水之外有些还富含有机物，而地球早期的水和生命，可能就是富含水和有机物的小行星和彗星的撞击带来的——也就是说，探测这样的小行星既这可以帮助人们了解太阳系早期的历史和演化，说不定也可以帮助人们寻找到地球生命起源的线索。

重返宇宙

2014年12月3日，带着地球的期望，隼鸟2号踏上了预计六年的旅程。

携带隼鸟2号升空的H-IIA型火箭，种子岛宇航中心，来源：JAXA

旅程伊始，隼鸟2号并不是急急忙忙地飞向目标小行星，而是仔细的做一遍身体检查，确认自身状态健康，检查的重点，是“运动医学科”和“耳鼻喉科”，确切的说，是负责探测器飞行功能的离子推进发动机和负责和地球通信的顺风耳Ka波段高增益天线及收发信道。

历经4个月的测试后，2015年3月5日，隼鸟2号体检合格。正式开始了漫长的巡航之旅。

隼鸟2号不着急的另一个原因，也和其选择的轨道和发动机有关，“隼鸟”家族都选择了前往小行星的经济舱，期间还要在地球上空“中转”一次，充分节约燃料。为何飞这么久也能很节省燃料呢，因为“隼鸟”家族都是围绕太阳公转飞行的，成为一颗名副其实的人造小行星，太阳的万有引力是为隼鸟2号提供了飞行的向心力。目前人类制造出最快速度的物体，就是借助太阳的力量实现的，1974年发射的太阳探测器赫利俄斯号，在近日点时最快的公转速度高达70km/s。