隼鳥号探測器:小行星取樣航天器-中文百科頻道

飛向絲川小行星

隼鳥号探測器是日本宇宙航空研究開發機構利用即将返回地球的隼鳥号小行星探測器，對正在研發的小行星撞擊地球預測系統的精确度進行測試，這再次引起了人們對隼鳥号航天器的關注。

重量為495千克、太陽能電池闆展後長約5米的隼鳥号探測器是采用離子火箭發動機飛向絲川小行星的。這種動力裝置的工作原理是，其工質氙從貯箱經過電離室被分解為正、負離子後，帶正電的離子流在引出電極的靜電場力作用下加速形成射束。離子射束與中和器發射的電子耦合形成中性的高速束流，噴射而出産生反作用推力。在隼鳥号環繞絲川小行星運轉期間，仍以離子火箭發動機提供動力。直到2005年11月9日，隼鳥号探測器已遭遇過幾次困境：太陽耀斑損壞了其電力儲存電容器，3個姿态控制儀已損壞了2個，隻有1個還在正常運轉。

絲川小行星原定編号為1998SF 36，意即它是1998年9月下半月發現的第906顆小行星。其軌道與地球平均距離約3億千米。它的外形如馬鈴薯，長約540米，寬約300米，體積較小。日本為了紀念本國的火箭之父絲川英夫博士，經向國際天文聯合會小行星專業委員會申請并得到批準，才将其命名為絲川小行星。

自2005年11月10日開始，隼鳥号探測器的動力裝置已轉為使用化學火箭助推器，因為離子火箭發動機雖然可以精确控制方向，但費時較長。探測器上帶有足夠的助推器燃料，以保證隼鳥号能夠圓滿完成這次飛行任務。

投放觀測器失敗

在距離絲川小行星20千米高的軌道上運行期間，隼鳥号探測器就進行了環繞飛行的探測工作。它用自身攜帶的X射線和紅外線儀器觀測目标星體表面情況，收集其成分和地形數據。2005年10月份，隼鳥号陸續降低運行高度，進一步接近小行星，從10千米之内對其進行觀測。在這兩個不同的運行高度上實施探測過程中，它已把獲得的數據資料用無線電信号發回地面，供科學家們進行研究。

2005年11月初，隼鳥号繼續降高，逐步靠近絲川小行星。按照預定計劃，它于11月12日應在距離目标星60米～70米的高度上投放名叫智慧女神的觀測器。形狀如同罐子、隻有10厘米長的智慧女神，實際上是個小型探測機器人。賦予它的任務是，前往絲川小行星采集數據，為隼鳥号無人探測器20日和26日兩次登陸這個小行星作準備。

遺憾的是，12日下午3時8分，地面指揮人員向隼鳥号下達了投放觀測器的指令，并經16分鐘傳遞到探測器上實施投放以後，觀測器未能在絲川小行星上着陸。事後查出的原因表明，乃系投放高度大大超出預定距離所緻。發出指令的當時，隼鳥号離小行星絲川僅55米，而後轉向上升，結果在距離絲川200米的高度上投下了觀測器，滞後于最佳時機，造成日本首次向地外天體投放觀測裝置失敗。

智慧女神失蹤的當晚，仍能通過無線電波與隼鳥号探測器聯系，曾一度和地面監控室保持通信，後因機器人天線出現問題而中斷了信号來往。它在與地面通信期間，已發回隼鳥号部分太陽能電池闆照片，還有其内部溫度和姿态的信息。

着陸絲川小行星

雖然投放的觀測器迷失目标，但是隼鳥号自身功能卻很正常。同時，令研制者們欣慰的是，這次智慧女神的着陸預演對隼鳥号最終着陸所需的程序和設備進行了檢驗，使地面控制小組能夠以更好的準備保證對小行星采樣的成功。這使日本宇航研發機構決定繼續執行原來計劃，在2005年11月20日和26日讓隼鳥号兩次短時間的着陸絲川小行星，采集其表面的岩石樣本。

20日淩晨，隼鳥号按照地面遙控指令于當日上午6時前，在離絲川10米的距離通過小行星引力自然下落，6時10分左右，在預定着陸目标的30米内着陸，随即在星面跳動兩次，約停留30分鐘，然後按地面人員的指令離開小行星地面。

按原定計劃，隼鳥号一旦觸到絲川，内部的汽槍就立即發射直徑約1厘米、重為5～10克的擲标金屬球钽彈，在小行星的硬殼上打出一個小孔，并用喇叭形的專門取樣裝置把濺起的一縷灰塵收進探測器的底艙。隼鳥号将在小行星上停留1～2秒，一旦完成采樣任務，它就飛行到8.4千米高的軌道将信息傳回地球，本身繼續進行環繞飛行。

然而，由于感知着陸的裝置沒有發揮作用，盡管隼鳥号在絲川表面停留時間大大超過規定時限，但它卻未能發射金屬球，導緻第一次采樣活動以失敗告終。同時，它離開絲川後一下上升到約100千米的軌道位置，比要求的距離高度超出許多，姿态控制也出現問題。

實際上，隼鳥号嘗試着陸絲川小行星時，其位置和速度數據出現了問題，控制人員立即向它發出了上升指令，但沒有反應。日本宇宙探索局一度宣布隼鳥号處于失蹤狀态。當日上午9時30分左右，中斷了約3個小時的聯系才得以恢複。聯系中斷後，隼鳥号轉為自動控制，儲存自身數據，并在恢複聯系後将其發回地面控制中心供研究人員分析。上述着陸成功但未能采集樣本情況，就是通過仔細分析傳回地面的數據資料而得出的結論。

在隼鳥号與地面控制中心恢複聯系後，經地面人員努力，于21日姿态控制恢複正常，并再次接近絲川小行星。當日下午已抵達距離絲川50千米處，22日又拉近了兩者的位置，為再次登陸和取樣做好了準備。

26日，隼鳥号重新登陸當時距離地球2.9億千米的絲川小行星。這次停留時間較短，隻有幾秒鐘，基本符合計劃要求，問題是尚難确定它是否采集到星面樣本。在它飛離絲川小行星後，已将數據資料發回地面，并按地面發出的返航指令，先圍繞小行星飛行，再踏上返回地球的歸程。照原來設定，隼鳥号探測器的返回艙應于2007年6月再入地球大氣層，在降落傘的作用下逐漸減速，最終着陸于澳大利亞的南部沙漠中。隻有收到返回艙後，它是否采集到小行星樣本才會有定論。

成功地返回地球

日本宇宙航空研究開發機構2010年6月12日宣布，在太空漂泊7年之久的“隼鳥”号小行星探測器将于13日深夜降落澳大利亞。探測器的密封艙将發揮其材料和形狀方面的優勢，全力保護其中可能裝有的“絲川”小行星岩石。

宇宙航空研究開發機構說，日本時間13日19時21分(北京時間18時21分)，密封艙将與探測器主體部分分離，約3小時後，探測器主體和密封艙将進入高度為200公裡的稀薄大氣層。

由于和大氣劇烈摩擦産生高溫，探測器主體将燃燒殆盡，而進行過耐熱處理的密封艙則繼續墜落，在距地面約10公裡的空中打開降落傘，降落到澳大利亞南部伍默拉附近的沙漠地帶。

“隼鳥”号探測器的密封艙狀如炒鍋，直徑40厘米，高20厘米。負責密封艙研發的宇宙航空研究開發機構副教授山田哲哉說，密封艙進入大氣層時速度将達到每秒12公裡，超過美國航天飛機每秒8公裡的速度。被密封艙急劇壓縮的空氣将會發熱，溫度超過1萬攝氏度，而密封艙的表面溫度最高也将達到3000攝氏度。

為了耐熱，密封艙外殼表面被厚約3厘米的碳素纖維強化型塑料覆蓋。依靠重心的位置和角度，密封艙在降落時會讓進行過耐熱處理的曲面保持向下。墜落過程中，塑料表面将會熔化，而密封艙内的溫度則保持在50攝氏度左右。

外殼在高度約10公裡的地方脫落，而密封艙本體将打開降落傘緩緩降落。宇宙航空研究開發機構約40人的回收隊伍将從地面的4個地點探測密封艙發出的電磁波，以分析降落的方位和角度≌中的直升機将利用紅外成像設備尋找密封艙和外殼。回收工作将在14日天亮後進行。

美國航天局希望此次降落的經驗能夠為未來太空飛船和探測器的耐熱設計提供參考，并預定在互聯網上直播“隼鳥”号重返地球的過程。

日本宇宙航空研究開發機構的“隼鳥”号小行星探測器2010年6月13日夜進入大氣層，降落在澳大利亞南部伍默拉附近的沙漠地帶，時隔7年後回歸地球。這是人類的探測器首次往返于地球和月球之外的天體。

澳大利亞當地時間13日20時21分（北京時間18時51分）左右，“隼鳥”号探測器的主體與密封艙分離，當地時間23時20分（北京時間21時50分）左右，探測器以每秒約12公裡的速度進入距地面約200公裡處的大氣層。探測器主體燃燒殆盡，隻有進行了耐熱處理的密封艙繼續下降，在高度約10公裡的地方打開降落傘，落到沙漠中。

宇宙航空研究開發機構說，他們通過電磁波确認密封艙已落地，并且從直升機上肉眼也能看到密封艙。

按計劃，“隼鳥”号通過向“絲川”小行星表面發射金屬球來采集飛濺起來的岩石，但最後以失敗告終。不過，由于它曾經在小行星表面着陸，研究人員推測，着陸時的沖擊可能令小行星表面的一些物質進入探測器的密封艙。如果能回收這些來自小行星的物質，則可為人類了解太陽系形成初期的情形提供珍貴線索。

美國雖然曾經從太空回收過彗星塵埃，但從沒有探測器在月球以外的天體着陸并返回。

“隼鳥”号小行星探測器是為了進行真正的宇宙探索而開發的。它在飛行途中進行了各種實驗，包括先進的離子發動機的運用、自律接近小行星并着陸、采集岩石和沙子、返回地球、回收等。日本太空開發史由此邁出了飛躍性的一步。

“隼鳥”号小行星探測器開發費用達到123億日元（約合1.34億美元）。它于2003年5月搭乘Ｍ5火箭升空，并于2005年到達“絲川”小行星，成功測算了其形狀并兩次在小行星上着陸。由于接連出現故障，“隼鳥”一度被認為無望返回地球，但項目小組每次都使它“起死回生”。“隼鳥”号的回歸比當初預定延遲了3年，它的旅途長達約60億公裡，相當于環繞太陽約5圈。

日本“隼鳥”号探測器7年之旅多次出現險情，發動機、姿态控制裝置、電池都曾發生故障，項目組一度對“隼鳥”回歸毫無信心。多災多難的經曆也讓“隼鳥”赢得了“不死鳥”的尊稱。