“隼鸟2号”采样：“鸟枪”换“炮”

文/ 松堂

▲ 隼鸟2 号探测器探测“龙宫”小行星模拟图

▲ 返回地球的样本返回舱

日本的外星球采样活动主要针对小行星。早在本世纪初，日本就发射了隼鸟号小行星探测器，历经千辛万苦，终于从糸川小行星上带回了珍贵的岩石样本。日本在2014年又发射了隼鸟2号小行星探测器，前往龙宫小行星。

“隼鸟号”的采样方式，是用两颗枪弹射击糸川号表面，试图溅起碎石加以采集。但是当“隼鸟号”返回地球之后，人们发现返回舱里什么都看不到！科研人员把返回舱放到显微镜下之后，才找到1500 粒细小的灰尘。为了多弄一点样品，在“隼鸟2 号”研制期间，日本航天科研人员打算改变采样的方式，把“枪”换成“炮”。

来自反坦克炮弹的设计

“隼鸟2 号”安装了一个叫做“小型携带式冲击器”的设备，主要是一个类似于自锻破片弹原理的炸药漏斗。

自锻破片弹也被称作爆炸成形弹药，在炸药表面贴着一层漏斗形的紫铜罩子。当炸药爆炸的时候。火药的威力会把这个铜罩子向中间挤压，形成一个尖头的圆柱体。这个圆柱体的飞行速度非常快，几乎能够达到2000 米/秒以上。如果让它飞到坦克集群的上空之后起爆，用高速的尖头圆柱体从上往下攻击坦克的顶部，很容易打出个大窟窿来。因此，自锻破片弹的应用越来越广泛。

▲ “隼鸟2 号”的炮弹

▲ “隼鸟2 号”的返回舱

▲“隼鸟2 号”的采样器

自锻破片弹是不是真的能用来打小行星呢？在2011年10月，日本宇宙航空研究开发机构在自己的实验场进行了一次射击实验。他们把自锻破片弹放在一个混凝土掩体当中，在100 米外设置了一个边长为4 米的白色靶子，中间还竖着6 个用白纸糊成的薄板。点火之后，自锻破片弹的4.7 千克奥克托今炸药起爆，顺利形成了一个2000 克重的尖头圆柱体，以2000 米/秒的初速度飞向靶子，不但顺利击穿了6 层薄板，还把靶子打了一个大窟窿；然后继续飞行，在靶子后面的山体上打碎了一大块岩石。显然，这个方法是有效的。

躲起来再开炮

炮弹的威力比子弹大多了，炸飞的碎石完全可能把“隼鸟2 号”自己打坏，因此必须从一定的距离处开炮才可以。日本宇宙航空研究开发机构的科研人员决定，先把这个带着自锻破片弹头的“小型携带式冲击器”从“隼鸟2号”本体上分离出去。在它向“龙宫”下降的过程中，“隼鸟2 号”本体先向旁边躲闪，然后纵向机动，飞到预定炮击位置的另一侧去。

“小型携带式冲击器”在“龙宫”上方约250 米的高度起爆，把一枚弹丸高速射向“龙宫”，同时自己也炸成一团碎片。不过，无论这些碎片还是被弹丸激起的碎石，都会被“龙宫”本身挡住，不会影响到“隼鸟2 号”。等碎石和碎片都飞远之后，“隼鸟2 号”再回到原先的位置飞行，准备采样。

为了及时了解炮击的位置到底在哪里，“隼鸟2 号”飞行到与预定炮击点大致平行的位置时，会先释放一个“可部署相机”。这台圆柱形相机的直径和长度都是78 毫米，上面有两个镜头，自带电池和通信天线。它可以从1000米外拍摄炮击过程，第一时间定位弹着点，节省采样过程的时间。

一切安全之后，“隼鸟2号”回到“龙宫”上方大约20 千米的地方，开始下降程序。首先要拍摄弹着点的图像，由地面人员编制图像匹配程序。然后根据程序确定飞行弹道和修正量，控制“隼鸟2 号”逐步向弹着点下降。这个过程中要不断修正，确保精确瞄准。

抵达小行星表面后，“隼鸟2 号”就把采样器头部伸进弹坑，用一个类似于倒刺结构的管子把碎石和渣土采集起来，送到收纳器里，准备运回地球。

2020年12月5日，“隼鸟2 号”返回舱顺利降落在澳大利亚。开舱后，人们发现其中有5.4 克样品。虽然只有这么一点，却是太空探索史上的一大步了。★