科技能见度之前介绍过“隼鸟2号”在小行星“龙宫”首次着陆采样的过程(点击回顾)。
按计划,“隼鸟2号”将在“龙宫”进行3次着陆采样。已经完成的第1次采样中,“隼鸟2号”在着陆后从机体底部伸出一个筒状装置,这个装置会自动发射金属弹丸,采集飞扬起的沙尘。“隼鸟2号”携带的容器就能够收集到这些物质样本。
而第2次着陆采样时,可不仅仅是轻巧的金属弹丸了。“隼鸟2号”将扔出一个能够炸开小行星表面的大“炸弹”!

极具暴力美学的“炸弹”正式名称叫“搭载型小型撞击器”(SCI:Small Carry-on Impactor)。撞击器装有炸药重4.7公斤, 被填充在锥形金属外壳中。“隼鸟2号”会在“龙宫”上空500米丢下撞击器,并像轰炸机投弹后一样迅速飞离,以免被炸弹波及。
从项目官方网站可以看到,“隼鸟2号”计划于3-4月间向小行星扔大“炸弹”,炸开表层后,“隼鸟2号”将于弹坑内降落,采集原本位于小行星内部的物质。

而撞击器释放后,会定时在半空爆炸,炸出由纯铜制成的碟状物(采用纯铜以区别于来自小行星上的其他物质)。这个2.5公斤重的铜质弹体将以每秒2000米的速度撞击小行星的表面,炸出一个大坑。通过观察撞击器碰撞前后小行星表面的发生变化来研究其内部结构。
▲撞击器威力几许?看科学家进行的模拟实验!
为什么要炸开“龙宫”表面采集样品?中国科学院紫金山天文台行星科学与深空探测实验室主任季江徽研究员解释说,小行星经过了漫长的时间,它的表面会受到非常严酷的太空风化。“所谓太空风化,就是很多宇宙射线、微陨石、太阳风会对小行星表面进行改造。改造了以后就会导致表面的东西不是非常原始。”
“采样的目的是要去了解太阳系的演化,所以我们希望获得非常原始的东西,因此决定去炸一个坑,获得表面以下那些没有发生改造的物质。”季江徽说。
除了炸弹,“隼鸟2号”还有哪些黑科技?
“隼鸟2号”是“隼鸟号”的升级版。 “隼鸟号”是目前唯一完成小行星采样返回任务的飞行器。虽然仅仅从小行星“丝川”带回了一些物质微粒,但其往返过程堪称惊心动魄。
2003年5月9日,“隼鸟号”由日本鹿儿岛航天中心发射升空后,先进行了环绕太阳2周的飞行,之后与地球再次相遇,利用地球的引力弹弓效应进入一条弧形轨道中,逐渐接近“丝川”。
“隼鸟号”采用离子电推进技术发动机。这种发动机工作的能量来自于电能,相比使用化学能的传统航天发动机,这种发动机可以使用较少的推进剂实现变轨目的。但由于瞬时输出的推力较低,这种发动机必须在飞船飞行过程中持续工作。然而,2003年10月到11月,太阳上产生了一系列强度罕见的爆发现象,对“隼鸟号”上负责发电的太阳能帆板造成了损害,离子发动机得不到充足的供电,因而“隼鸟号”在“丝川”上的登陆时间不得不推迟了两个月。
随着与“丝川”的接近,“隼鸟号”上负责控制姿态的两个反作用轮相继出现故障,不得不依靠仅剩的一个反作用轮和两台发动机来勉强维持姿态。之后,微型巡视器投放失败,未能被小行星微弱的重力场捕获。之后“隼鸟号”的着陆尝试中,“隼鸟号”频繁与地球失联。科学家们只知道“隼鸟号”的确着陆在了小行星表面,但并不能确认采样是否按计划完成。随后,“隼鸟号”上发生姿态失控并与地球长时间失联近两个月,几乎让任务失败。在地面人员的不懈努力下,失联数天后的“隼鸟号”又恢复了与地球的联系,开始返回地球。更幸运的是,通过对回送舱中样品的分析,科学家们确认“隼鸟号”成功取得了小行星样品。
有鉴于此,基于“隼鸟号”升级而成的“隼鸟2号”务求稳妥。比如,“隼鸟号”只携带了一个高增益天线——这个探测器头顶的“大锅盖”被用于和地球基站的联络。“隼鸟2号”吸取了“前辈”因姿态失控而与地球失联的教训,设计了双天线的双保险。
其中,一个是X波段(8.4 GHz)天线,另一个是Ka波段(32.0 GHz)天线。据日本宇宙航空开发机构介绍,这两个天线的直径均约90厘米,且使用了蜂窝结构以减轻重量。

另一个导航工具是星敏感器。简言之,探测器在宇宙间航行时,要通过测量恒星来进行位置姿态校准。“隼鸟号”安装有一个,而“隼鸟2号”安装有两个星敏感器,这有助于更精准地调整姿态。
上文说到,“隼鸟号”的微型巡视器投放失败,原因是释放高度过高,未能被小行星微弱的重力场捕获,丢失在太空中。有鉴于此,“隼鸟2号”分别携带了3个巡视器和1个着陆器,以求万无一失。

2018年9月21日,“隼鸟2号”携带的两个巡视器成功着陆小行星“龙宫”表面,成为世界上首次着陆小行星上的巡视器,巡视器也首次从小行星表面拍摄了照片。

▲Rover-1B拍摄的视频。
值得一提的是,科研团队给Rover-1A和1B分别取名为HIBOU和OWL,分别是法语和英语“猫头鹰”的意思。
此外,离子发动机方面,“隼鸟2号”吸取了“隼鸟号”点火失败的教训,对离子发动机进行了优化,平衡推力效率和稳定性明显提高了。还通过设计变更,增大了离子发动机的最大推力。
化学发动机方面,“隼鸟号”曾因燃油泄漏而产生故障,进而造成姿态失控。“隼鸟2号”也在焊接工艺、管线布置等方面进行了改进。
【记者】王诗堃
【视频剪辑】王诗堃
【策划统筹】张志超
【校对】蓝淑茹

