隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开

2018-07-02 09:31    来源:www.ufo-2.cn    编辑:覃主编    已有()人围观
导读: 对绝大多数探测器来说,宇宙的旅程是一条不归路。 然而,却有这样的一个探测器,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。却...

对绝大多数探测器来说,宇宙的旅程是一条不归路。

  然而,却有这样的一个探测器,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。却能大难不死,在人类的帮助下,克服重重困难,一次一次绝处逢生,最后带着珍贵的小行星“丝川”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。

  四年后,隼鸟号的继任——“隼鸟”2号小行星探测器再次扬帆起航,前往一个新的未知之地——小行星“龙宫(Ryugu)”。

隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开

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

  日本宇宙航空研究开发机构宣布,当地时间6月27日9时35分(北京时间8时35分),隼鸟2号顺利抵达“龙宫”上空20千米处的预定观测点

隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开隼鸟2号的设计轨道。来源:JAXA

  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,大小和重量比隼鸟号略大,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

  探测器和地球基站的联络主要靠探测器头顶那个大锅一样的抛物面天线,而隼鸟号最大的一次事故就是因为姿态失控失联了近两个月,因此隼鸟2号采用了双保险,头顶直接装了两个高增益天线。

隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开隼鸟号(左)和隼鸟2号(右)。(图片来源:JAXA)

  这两个高增益天线的频段不同,一个是X波段,专用于深空探测,另一个则是频率更高的Ka波段,两个波段彼此之间不会互相干扰,而地面的工作人员也可以更加高效地和隼鸟2号进行交流。另一方面,Ka波段通信带宽要明显高于X波段,地面下载数据的速度也会更快捷。

  2)测星仪

  古代的人们在没有地标的茫茫大海上航行时靠什么来识别方向呢?靠认星星。

  探测器在没有地标的茫茫宇宙里航行靠什么来识别方向呢?也是靠认星星。

  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号又加了一个测星仪。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号的搜寻目标小行星和返回地球提供了保障。

隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开红色部分是隼鸟2号两个测星仪的仪器盖,在太空中是没有这两个盖子的。(图片来源:JAXA)
隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开隼鸟号(左)和隼鸟2号(右)。(图片来源:JAXA)

  3)撞击器

  隼鸟号只采集到了小行星“丝川”表层的一些微粒,如何采集到小行星更深处的东西呢?

  于是隼鸟2号的底部携带了一枚小型撞击器SCI,这枚撞击器的作用就是狠狠砸向小行星,希望能将小行星内部的成分也砸出来(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号就位!人类小行星采样返回任务即将展开隼鸟2号携带的撞击器。(图片来源:JAXA)
隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开  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。(图片来源:池下章裕/JAXA)

  4)着陆器和巡视器数目增加

  隼鸟号携带了一枚约1斤重的微型巡视器Minerva,但因为地球上工作人员的操作失误,在过高的地方就释放了Minerva,而“丝川”自身的引力又非常小,因此在这个高度下释放的“Minerva”逃逸到了太空,着陆失败。

隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开隼鸟号(也叫MUSES-C)携带的卫星着陆器Minerva。(图片来源: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号就位!人类小行星采样返回任务即将展开隼鸟2号携带的着陆器(左)和巡视器(右)。(图片来源:JAXA)

  其中着陆器MASCOT是由德国宇航中心DLR设计研制的,看DLR公布的模拟视频还是很腻害的,虽然没有轮子,但可以自主“翻身”“跳跃”,换地方观测。

  5)标记球的数量从3个增加到了5个

隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开隼鸟号(左)携带的3个标记球,隼鸟2号(右)携带5个标记球。来源:JAXA

  标记球是做什么用的?

  探测器降落的时候,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。

  因此隼鸟号携带了3个标记球来协助探测器降落,在每次着陆之前,隼鸟都会先释放一个标记球,标记球释放之后会反射探测器携带的闪光灯发出的光,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移。

隼鸟2号就位!人类小行星采样返回任务即将展开隼鸟号携带的3个标记球,上面是没点亮时的状态,下面是点亮时的状态。(图片来源:JAXA)

  由于隼鸟2号这次既需要释放更多着陆器和巡视器,还需要着陆…所以标记球得多带几个,毕竟是一次性的…

  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会有几分钟延迟,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。

  当年的隼鸟号就是由于自身的控制系统不够完善:姿态失控;第一次尝试降落时,在不正确的高度释放了着陆器;降落和自动采集样本时的控制过程也出现了问题: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…以及失联…才让隼鸟号的探险之旅如此一波三折,惊心动魄。


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