登陆彗星

刘声远

Space

2014年11月12日北京时间23时33分，欧洲空间局“罗塞塔”飞行器释放的“菲莱”探测器成功登陆彗星“67P/丘留莫夫—格拉西缅科”。这是人类历史上的一项伟大创举，因而引起举世关注。那么，“罗塞塔”是怎样历经辗转抵达这颗彗星的？“菲莱”为什么要登陆彗星？彗星是一种什么样的天体？

北京时间2014年11月12日23时33分，欧洲空间局（以下简称“欧空局”）“罗塞塔”太空探测轨道器（以下简称“罗塞塔”）释放的“菲莱”探测器（以下简称“菲莱”）在彗星“67P/丘留莫夫—格拉西缅科”（以下简称“67P”）表面着陆。“菲莱”着陆信息经由“罗塞塔”传回地球。

诸多第一 也有遗憾

登陆“67P”后，由于主电池电量耗尽，“菲莱”被迫进入休眠。但在它休眠之前的最后时刻，而且是赶在它向地球传回数据之前，地面控制人员得以激活它搭载的所有仪器（包括钻头）。“菲莱”登陆后，科学家立即搜索“罗塞塔”在轨道中拍摄的图像，目的是找寻“菲莱”最后的立足点。但这些图像令科学家大吃一惊——“菲莱”第一次着陆后，由于发射叉子（目的是抓住彗星表面，防止“菲莱”弹跳）失败，它弹跳至距离彗星表面1000米高度，然后很可能又弹跳了两次，最终被卡在一座悬崖上。至本刊发稿时，“菲莱”的具体位置仍未被确定。事实上，“罗塞塔”在投下“菲莱”后必须做一次机动，目的是保持自己的视野打开。“罗塞塔”因此上升到距离彗星表面40～50千米处，这意味着从它在这之后拍摄的图像上难以分辨彗星表面像“菲莱”这么小的物体。

科学家说，“菲莱”登陆后其身体有一部分被黑暗笼罩，但一次成功执行的指令使得它旋转，让它的最大的太阳能电池板能得到光照。科学家希望，随着彗星在未来几个月里逐渐接近太阳，“菲莱”也能接收到足够的阳光来给它的次级太阳能电池充电，从而让“菲莱”最终能“起死回生”。如此说起来，“菲莱”堪称生死未卜。但科学家表示，“菲莱”在彗星表面运作了大约60小时后，就已经完成了主要科学任务中的90%。如果它真能“苏醒”过来，那就应该算是超期服役。其实，科学家一直都认为“菲莱”登陆彗星就像是科幻，所以就算“菲莱”再也不会醒来，它也已经创造了一个很大的奇迹。哪怕“菲莱”真的回天无力，“罗塞塔”轨道器的任务也将持续很长时间。它将伴随“67P”一路飞到下一个近日点（2015年8月），再伴随彗星回归外太阳系（指太阳系的外围部分）。

按照“罗塞塔”项目科学家们的语气，“菲莱”登陆后的“意外”其实也不算太意外，毕竟“罗塞塔”以及“菲莱”任务的难度本身就很大。实际上，“罗塞塔”任务以前也出过错。2006年，“罗塞塔”的反应控制系统曾发生过一次泄漏。这个由24部二元推进剂10牛推进器组成的系统，负责在“罗塞塔”飞行过程中微调它的轨迹。由于这次泄漏，反应控制系统不得不在低于设计压力的情况下运作，这可能引起推进剂混合不完全，燃烧效率降低。但负责“罗塞塔”项目的工程师们确信，“罗塞塔”有足够的燃料储备来支持整个任务的成功实施。

“罗塞塔”的反力轮也显示出高于预期的振动。在飞行途中进入休眠模式之前，“罗塞塔”的四个反力轮当中的两个开始出现“噪声”。当“罗塞塔”苏醒后，工程师们启动了3个反力轮，其中包括1个坏轮子。另一个功能不正常的轮子被储备。此外，新的软件已上传给“罗塞塔”，目的是让它必要时在仅有两个活跃反力轮的情况下运作。

“罗塞塔”任务创下了许多个“第一”。在飞向“67P”的途中，“罗塞塔”经过了主小行星带，作为欧洲探测器首次近距离相遇了多颗主带小行星。“罗塞塔”是第一艘使用太阳能电池做主电源飞近木星轨道的飞行器，是第一艘环绕彗核飞行的轨道器，也是第一艘在彗星飞往内太阳系过程中与它比翼双飞的探测器，还是第一艘计划近距离探查冰冻彗星怎样被太阳加热、转变的飞行器。在抵达“67P”之后不久，“罗塞塔”释放机器人登陆器“菲莱”，让它实现人类历史上对一颗彗核的首次可控性着陆。登陆后，“菲莱”向地球传回了来自一颗彗星表面的首批图像，并且首次对彗核组成进行实地检测。

“罗塞塔”是第一艘在轨探索彗星的轨道器，“菲莱”则是第一艘登陆彗星的探测器（此前，有多艘探测器成功实施过对另外7颗彗星的飞近探测）。这两个“第一”，理应被载入史册。另一方面，这两个“第一”实属来之不易。

十年飞行 终抵目标

“罗塞塔”是由欧空局制造并且发射的一艘机器人空间探测器，其目的是采用一部轨道器和一部登陆器详细探测“67P”。“罗塞塔”得名于一块古埃及石碑——“罗塞塔石”，这块石碑上铭刻着一道法令。“菲莱”得名于尼罗河上的菲莱岛，岛上发现过一块有希腊文和埃及文铭文的方尖碑。对“罗塞塔石”和这块方尖碑上象形文字的对比研究，催生了对埃及文字体系的破译。与此类似，科学家希望“罗塞塔”和“菲莱”能有助于更好地了解彗星和早期太阳系。“罗塞塔”搭载着一张经过微刻、并且也叫“罗塞塔”的镍合金光碟，光碟中刻入了以1200种语言书写的1.3万页文字。据估计，从2004年到2014年，大约2000人参与了“罗塞塔”任务的筹备和实施。

1986年，在“哈雷”彗星接近地球期间，多国发射空间探测器去探索它，其中最著名的探测器是欧空局的“乔托”。在这些探测器发回珍贵的科学信息后，开展后续探测的需求变得非常明显，目的是更清楚地揭示彗星的组成和回答新的疑问。于是，欧空局和美国宇航局开始合作研发新的彗星探测器。其中，美国宇航局筹划的是“彗星会合—小行星飞近”任务，欧空局筹备的是“彗核取样”任务。这两项任务计划共享美国“水手马克2号”飞船的设计，旨在降低成本。

1992年，因预算所限，美国宇航局取消了“彗星会合—小行星飞近”任务。当时，欧空局决定自行实施“彗核取样”计划。1993年，因预算所限，“彗核取样”任务也变得行不通，于是它被重新设计，稍后被欧空局批准。重新设计后的飞行计划与被取消的“彗星会合—小行星飞近”任务相似，包括对一颗小行星实施飞近探测，然后对一颗彗星进行实地探测（包括一艘登陆器）。