隼鸟号探测器:小行星取样航天器-中文百科频道

飞向丝川小行星

隼鸟号探测器是日本宇宙航空研究开发机构利用即将返回地球的隼鸟号小行星探测器，对正在研发的小行星撞击地球预测系统的精确度进行测试，这再次引起了人们对隼鸟号航天器的关注。

重量为495千克、太阳能电池板展后长约5米的隼鸟号探测器是采用离子火箭发动机飞向丝川小行星的。这种动力装置的工作原理是，其工质氙从贮箱经过电离室被分解为正、负离子后，带正电的离子流在引出电极的静电场力作用下加速形成射束。离子射束与中和器发射的电子耦合形成中性的高速束流，喷射而出产生反作用推力。在隼鸟号环绕丝川小行星运转期间，仍以离子火箭发动机提供动力。直到2005年11月9日，隼鸟号探测器已遭遇过几次困境：太阳耀斑损坏了其电力储存电容器，3个姿态控制仪已损坏了2个，只有1个还在正常运转。

丝川小行星原定编号为1998SF 36，意即它是1998年9月下半月发现的第906颗小行星。其轨道与地球平均距离约3亿千米。它的外形如马铃薯，长约540米，宽约300米，体积较小。日本为了纪念本国的火箭之父丝川英夫博士，经向国际天文联合会小行星专业委员会申请并得到批准，才将其命名为丝川小行星。

自2005年11月10日开始，隼鸟号探测器的动力装置已转为使用化学火箭助推器，因为离子火箭发动机虽然可以精确控制方向，但费时较长。探测器上带有足够的助推器燃料，以保证隼鸟号能够圆满完成这次飞行任务。

投放观测器失败

在距离丝川小行星20千米高的轨道上运行期间，隼鸟号探测器就进行了环绕飞行的探测工作。它用自身携带的X射线和红外线仪器观测目标星体表面情况，收集其成分和地形数据。2005年10月份，隼鸟号陆续降低运行高度，进一步接近小行星，从10千米之内对其进行观测。在这两个不同的运行高度上实施探测过程中，它已把获得的数据资料用无线电信号发回地面，供科学家们进行研究。

2005年11月初，隼鸟号继续降高，逐步靠近丝川小行星。按照预定计划，它于11月12日应在距离目标星60米～70米的高度上投放名叫智慧女神的观测器。形状如同罐子、只有10厘米长的智慧女神，实际上是个小型探测机器人。赋予它的任务是，前往丝川小行星采集数据，为隼鸟号无人探测器20日和26日两次登陆这个小行星作准备。

遗憾的是，12日下午3时8分，地面指挥人员向隼鸟号下达了投放观测器的指令，并经16分钟传递到探测器上实施投放以后，观测器未能在丝川小行星上着陆。事后查出的原因表明，乃系投放高度大大超出预定距离所致。发出指令的当时，隼鸟号离小行星丝川仅55米，而后转向上升，结果在距离丝川200米的高度上投下了观测器，滞后于最佳时机，造成日本首次向地外天体投放观测装置失败。

智慧女神失踪的当晚，仍能通过无线电波与隼鸟号探测器联系，曾一度和地面监控室保持通信，后因机器人天线出现问题而中断了信号来往。它在与地面通信期间，已发回隼鸟号部分太阳能电池板照片，还有其内部温度和姿态的信息。

着陆丝川小行星

虽然投放的观测器迷失目标，但是隼鸟号自身功能却很正常。同时，令研制者们欣慰的是，这次智慧女神的着陆预演对隼鸟号最终着陆所需的程序和设备进行了检验，使地面控制小组能够以更好的准备保证对小行星采样的成功。这使日本宇航研发机构决定继续执行原来计划，在2005年11月20日和26日让隼鸟号两次短时间的着陆丝川小行星，采集其表面的岩石样本。

20日凌晨，隼鸟号按照地面遥控指令于当日上午6时前，在离丝川10米的距离通过小行星引力自然下落，6时10分左右，在预定着陆目标的30米内着陆，随即在星面跳动两次，约停留30分钟，然后按地面人员的指令离开小行星地面。

按原定计划，隼鸟号一旦触到丝川，内部的汽枪就立即发射直径约1厘米、重为5～10克的掷标金属球钽弹，在小行星的硬壳上打出一个小孔，并用喇叭形的专门取样装置把溅起的一缕灰尘收进探测器的底舱。隼鸟号将在小行星上停留1～2秒，一旦完成采样任务，它就飞行到8.4千米高的轨道将信息传回地球，本身继续进行环绕飞行。

然而，由于感知着陆的装置没有发挥作用，尽管隼鸟号在丝川表面停留时间大大超过规定时限，但它却未能发射金属球，导致第一次采样活动以失败告终。同时，它离开丝川后一下上升到约100千米的轨道位置，比要求的距离高度超出许多，姿态控制也出现问题。

实际上，隼鸟号尝试着陆丝川小行星时，其位置和速度数据出现了问题，控制人员立即向它发出了上升指令，但没有反应。日本宇宙探索局一度宣布隼鸟号处于失踪状态。当日上午9时30分左右，中断了约3个小时的联系才得以恢复。联系中断后，隼鸟号转为自动控制，储存自身数据，并在恢复联系后将其发回地面控制中心供研究人员分析。上述着陆成功但未能采集样本情况，就是通过仔细分析传回地面的数据资料而得出的结论。

在隼鸟号与地面控制中心恢复联系后，经地面人员努力，于21日姿态控制恢复正常，并再次接近丝川小行星。当日下午已抵达距离丝川50千米处，22日又拉近了两者的位置，为再次登陆和取样做好了准备。

26日，隼鸟号重新登陆当时距离地球2.9亿千米的丝川小行星。这次停留时间较短，只有几秒钟，基本符合计划要求，问题是尚难确定它是否采集到星面样本。在它飞离丝川小行星后，已将数据资料发回地面，并按地面发出的返航指令，先围绕小行星飞行，再踏上返回地球的归程。照原来设定，隼鸟号探测器的返回舱应于2007年6月再入地球大气层，在降落伞的作用下逐渐减速，最终着陆于澳大利亚的南部沙漠中。只有收到返回舱后，它是否采集到小行星样本才会有定论。

成功地返回地球

日本宇宙航空研究开发机构2010年6月12日宣布，在太空漂泊7年之久的“隼鸟”号小行星探测器将于13日深夜降落澳大利亚。探测器的密封舱将发挥其材料和形状方面的优势，全力保护其中可能装有的“丝川”小行星岩石。

宇宙航空研究开发机构说，日本时间13日19时21分(北京时间18时21分)，密封舱将与探测器主体部分分离，约3小时后，探测器主体和密封舱将进入高度为200公里的稀薄大气层。

由于和大气剧烈摩擦产生高温，探测器主体将燃烧殆尽，而进行过耐热处理的密封舱则继续坠落，在距地面约10公里的空中打开降落伞，降落到澳大利亚南部伍默拉附近的沙漠地带。

“隼鸟”号探测器的密封舱状如炒锅，直径40厘米，高20厘米。负责密封舱研发的宇宙航空研究开发机构副教授山田哲哉说，密封舱进入大气层时速度将达到每秒12公里，超过美国航天飞机每秒8公里的速度。被密封舱急剧压缩的空气将会发热，温度超过1万摄氏度，而密封舱的表面温度最高也将达到3000摄氏度。

为了耐热，密封舱外壳表面被厚约3厘米的碳素纤维强化型塑料覆盖。依靠重心的位置和角度，密封舱在降落时会让进行过耐热处理的曲面保持向下。坠落过程中，塑料表面将会熔化，而密封舱内的温度则保持在50摄氏度左右。

外壳在高度约10公里的地方脱落，而密封舱本体将打开降落伞缓缓降落。宇宙航空研究开发机构约40人的回收队伍将从地面的4个地点探测密封舱发出的电磁波，以分析降落的方位和角度≌中的直升机将利用红外成像设备寻找密封舱和外壳。回收工作将在14日天亮后进行。

美国航天局希望此次降落的经验能够为未来太空飞船和探测器的耐热设计提供参考，并预定在互联网上直播“隼鸟”号重返地球的过程。

日本宇宙航空研究开发机构的“隼鸟”号小行星探测器2010年6月13日夜进入大气层，降落在澳大利亚南部伍默拉附近的沙漠地带，时隔7年后回归地球。这是人类的探测器首次往返于地球和月球之外的天体。

澳大利亚当地时间13日20时21分（北京时间18时51分）左右，“隼鸟”号探测器的主体与密封舱分离，当地时间23时20分（北京时间21时50分）左右，探测器以每秒约12公里的速度进入距地面约200公里处的大气层。探测器主体燃烧殆尽，只有进行了耐热处理的密封舱继续下降，在高度约10公里的地方打开降落伞，落到沙漠中。

宇宙航空研究开发机构说，他们通过电磁波确认密封舱已落地，并且从直升机上肉眼也能看到密封舱。

按计划，“隼鸟”号通过向“丝川”小行星表面发射金属球来采集飞溅起来的岩石，但最后以失败告终。不过，由于它曾经在小行星表面着陆，研究人员推测，着陆时的冲击可能令小行星表面的一些物质进入探测器的密封舱。如果能回收这些来自小行星的物质，则可为人类了解太阳系形成初期的情形提供珍贵线索。

美国虽然曾经从太空回收过彗星尘埃，但从没有探测器在月球以外的天体着陆并返回。

“隼鸟”号小行星探测器是为了进行真正的宇宙探索而开发的。它在飞行途中进行了各种实验，包括先进的离子发动机的运用、自律接近小行星并着陆、采集岩石和沙子、返回地球、回收等。日本太空开发史由此迈出了飞跃性的一步。

“隼鸟”号小行星探测器开发费用达到123亿日元（约合1.34亿美元）。它于2003年5月搭乘Ｍ5火箭升空，并于2005年到达“丝川”小行星，成功测算了其形状并两次在小行星上着陆。由于接连出现故障，“隼鸟”一度被认为无望返回地球，但项目小组每次都使它“起死回生”。“隼鸟”号的回归比当初预定延迟了3年，它的旅途长达约60亿公里，相当于环绕太阳约5圈。

日本“隼鸟”号探测器7年之旅多次出现险情，发动机、姿态控制装置、电池都曾发生故障，项目组一度对“隼鸟”回归毫无信心。多灾多难的经历也让“隼鸟”赢得了“不死鸟”的尊称。