再续传奇——隼鸟2号的小行星探测之旅(上)

鸑鷟鹓雏　徐蒙

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，整体结构跟隼鸟号差不多，只是体积和质量都比隼鸟号略大，这主要是因为它多带了一些仪器。为了避免之前隼鸟号遇到的各种意外再次发生，工程师们对隼鸟2号进行了许多有针对性的重大改进。下面我们就来看看吧！

隼鸟2号

天线

天線可是隼鸟2号与前辈区别最大的部分了。隼鸟号头顶只有一个长得像锅一样的高增益抛物面天线，然而隼鸟号最大的一次事故就是和地球失联，因此隼鸟2号采用了“双保险”——头顶装有两个高增益天线。这两个高增益天线的频段不同，一个是X波段的，专门用于深空探测;另一个是Ka波段的，通信带宽明显高于X波段，所以地面下载数据的速度也会更快。这两个频段的天线彼此之间互相“听”不见，因此也不会相互干扰。地面的工作人员利用它们就可以更高效地与隼鸟2号“交流”了。

测星仪

隼鸟号是用一个测星仪来自动追踪和校准位置的，而隼鸟2号的前方多出了一个测星仪。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号搜寻目标小行星和返回地球提供了保障。

撞击器

隼鸟2号的底部视图，正中间的黄色圆形物体就是小型撞击器，周边环绕的5个小球就是标记球，正上方是采样杆

隼鸟2号的底部携带了一枚小型的撞击器，这枚撞击器的作用就是狠狠砸向小行星，力图将小行星内部的物质砸出来。这次携带的撞击器堪称“大号的高爆弹”，主体由2.5千克重的铜质弹体和4.7千克的炸药组成，通过在空中引爆炸药，将铜质弹体加速至2千米/秒的速度并撞向小行星表面，形成一个人造撞击坑。隼鸟2号将在这个新的撞击坑附近着陆，探寻小行星内部的物质。

标记球

标记球的作用是协助探测器安全降落。探测器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距离却不方便测量，“隼鸟”家族的工程师们就想：这时如果探测器能自己向小行星表面释放一个“灯塔”就好了！由此，标记球出现了。在每次着陆采样之前，“隼鸟”都会先释放一个标记球，这个标记球会反射探测器闪光灯发出的光，就像一座小型灯塔一样为探测器指路，“隼鸟”由此便可得知自己的位置变化，尤其是水平方向的位置变化。隼鸟2号装配了5个标记球，比隼鸟号多了2个。

隼鸟2号携带的5个标记球

多个着陆器和巡视器

隼鸟2号携带的着陆器

隼鸟号当年曾携带1枚约500克的微型巡视器“密涅瓦”，但因为操作失误，这枚巡视器没能成功落在小行星“丝川”表面。以防万一，这次隼鸟2号携带了1个着陆器和3个巡视器。不过，因为这些分离设备都装在隼鸟2号底部，所以肉眼看上去它们的这个差别并不明显。

隼鸟2号携带的巡视器

自主控制系统

隼鸟2号与前辈最大的内在差别在于它升级了自主控制系统。由于“隼鸟”家族的目的地距离地球很远，远到以光速前进都需要好几分钟，这样，地面的隔空喊话必然会有几分钟的延迟，因此鞭长莫及的工程师们索性就把主动权交给探测器自己了。

当年隼鸟号就是因为自身的控制系统不够完善才导致姿态调整接二连三地出现问题。所以，隼鸟2号必须有更完善的自主控制系统，才能在探测过程中自主控制飞行姿态，自主完成着陆、采集和起飞的操作。

小行星“龙宫”

隼鸟2号计划探测的小行星“龙宫（Ryugu）”和当年隼鸟号探测的小行星“丝川（Itokawa）”有许多相似之处，比如它们的体积都很小（直径不足1000米）、它们都属于近地小行星中的一支——阿波罗型小行星。

龙宫的大小和形状

和小行星“丝川”一样，在探测器发射前，小行星“龙宫”都还没有一个正式的名字，只有临时编号1999 JU3。

“龙宫”这个名字源于日本民间故事《浦岛太郎》，故事里的浦岛太郎被海龟带往海底龙宫，在龙宫受到了乙姬公主的热情款待，回到人间的时候带回一个宝盒。借由这个故事，人们为隼鸟2号探测的小行星取名为“龙宫”，是希望隼鸟2号能像浦岛太郎一样从“龙宫”带回珍贵的信息。

“龙宫”这个名字还有另一重含义。因这颗小行星是碳质小行星，上面有大量碳酸盐矿物，这表明小行星上可能含有一定量的水，这也非常符合“海底龙宫”的意味。

科学家们之所以选择这颗小行星进行探测，一是因为小行星不像行星和大型卫星一样经历过剧烈的地质和物理改造，或许还保留着原始太阳系的成分和信息;二是这类碳质小行星被认为是碳质球粒陨石的母体，除了可能含水之外，有些还富含有机物。地球早期的水和生命可能就是由富含水和有机物的小行星和彗星撞击带来的。也就是说，探测这样的小行星既可以帮助人们了解太阳系早期的历史和演化，说不定也可以帮助人们寻找到地球生命起源的线索。

奔向宇宙

2014年12月3日，隼鸟2号并不是急急忙忙地飞向目标小行星，而是先做了一遍身体检查，确认了负责探测器飞行功能的离子推进发动机和负责与地球通信的Ka波段高增益天线一切正常。

历经3个月的在轨测试后，2015年3月5日，隼鸟2号体检合格后，正式开始了漫长的巡航之旅。

隼鸟2号不着急起程的另一个原因也和其轨道设计有关，“隼鸟”家族为了充分节约燃料，都选择了前往小行星的“经济舱”，通过进入环绕太阳的飞行轨道，慢慢与小行星“龙宫”的轨道交会，其间还要在地球上空“中转”一次来“借力”加速。

2015年12月，地球和隼鸟2号都围绕太阳公转了一圈，在最初的起点再次相会。通过这次相会，隼鸟2号获得地球的引力助推，这样又能节省不少燃料。

在对着地球回眸一笑之后，隼鸟2号开始调整轨道飞向小行星“龙宫”，开始了一场漫长的追逐赛。2018年6月3日，隼鸟2号追上了小行星“龙宫”，此时两者的距离仅有2600千米，相当于北京到昆明的距离。此时，隼鸟2号不慌不忙地关闭了自己的离子推进发动机。因为离子推进发动机的推力比较小，这么小的“油门”不适用于急刹车，于是隼鸟2号在到达终点前并没有冲刺，而是选择关掉动力。

隼鸟2号的设计轨道

即使没有动力，在巨大的惯性作用下，隼鸟2号的速度也比飞机快得多，不过小行星“龙宫”也不落下风，因此隼鸟2号还需要一个月左右的时间，才能抵近“龙宫”。

2018年6月17日，隼鸟2号离小行星“龙宫”只有300千米左右的距离了，这个距离只相当于上海到南京的距离。6月22日，距离进一步缩短到了44千米，大约相当于北京地铁6号线或上海地铁9号线全程的长度了！

按計划，在抵达小行星“龙宫”之后，地面的工作人员会给隼鸟2号安排长达一年半的时间进行探访活动。这么长的时间应该足够隼鸟2号完成工作，甚至偶尔出点儿问题也不影响进度。

在接下来一年半的时间，隼鸟2号还会有什么奇遇？它又会发现一个怎样的“龙宫”呢？我们下期再见。