日本的隼鸟号小行星探测器

　　5月7日报载，日本宇宙航空研究开发机构拟计划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。

　　

　　飞向丝川小行星

　　

　　隼鸟号是日本研制并于2003年5月9日用MV运载火箭成功发射的小行星取样航天器。其探测目标是丝川小行星。它在升空后，即在地面指挥控制中心的遥控下，沿着外切地球公转轨道、内切丝川小行星公转轨道的预定路线疾驰而去，并于2005年9月初与目标天体交会，最终于9月12日飞抵离丝川小行星20千米的预设位置，成为后者的人造卫星。当天它就成功地向地面发回一批近距离拍摄的丝川小行星图像，说明其技术状态稳定。工作性能正常。

　　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1998SF36，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。

　　

　　是否采样尚难定论

　　

　　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。

　　

　　艰难的回归旅程

　　

　　出人意料的是，隼鸟号2005年12月由于燃料泄露等原因，无法保持正确的空间姿态，并与地面控制中心失去了联系，使日本宇航研发机构不得不推迟其回归时间。虽然到2006年3月初，探测器与地面的通信状况逐步改善，但它的太阳能电池发电量已急剧下降，搭载

的锂离子电池组也放尽了电能，其中的部分电池已不能再用。这致使隼鸟号于2007年4月才脱离丝川的绕飞轨道，开始回归地球的旅程。同年10月，它关闭了用于长途航行的离子火箭发动机，改为依靠惯性飞行。2008年三季度开始，地面控制人员一直在等待让隼鸟号重启离子火箭发动机的时机。当隼鸟号隔着太阳与地球遥相呼应，两者相距约3亿千米时，控制人员向它发出了重启离子火箭发动机的指令。2009年2月4日，日本宇航研发机构说，隼鸟号时隔1年零4个月后成功完成了离子火箭发动机重新点火，从而迈出了返航地球的重要一步。

　　尽管如此，隼鸟号已经浑身是病。除3台姿态控制仪已有两台发生故障、剩下的1台也岌岌可危外，化学火箭发动机因燃料泄漏亦不能使用；4台离子火箭发动机，只有1台能正常工作。它自发射升空到2009年2月初，已在太空飞行4.5亿千米。地面控制人员力争使其能在2010年6月回到地球。即使这样，它回到地球的时间也比最初计划推迟了3年。

　　如果一切顺利，采样获得成功，这将是首次探测器携带小行星样本返回地球，隼鸟号将成为自美国航天员1972年最后一次登月收集样品以来，第一个在地外天体上登陆并带回样本的航天器。

　　虽然美国1996年2月17日发射的苏梅克号航天器，曾于2000年2月14日开始对爱神小行星进行一年的绕飞探测后，于2001年2月12日成功着陆目标星面，并工作到2月28日，获得了宝贵的探测成果，但是它终究没有返回地球。隼鸟号这种以取样为主要目的的往返飞行，与有去无回的航天器不同，其技术难度更大一些。

　　鉴于小行星含有4.6亿年前太阳系诞生时的物质，从而直接研究隼鸟号采集的小行星样本，将有可能获得揭开太阳系和行星形成之谜的信息和线索，从而帮助人类深化对宇宙奥秘的认识。如果将这种采样技术推广开去，还能促进人类掌握空间可以利用的矿藏资源。因为有少数小行星金属含量较高，随着航天技术的进步，将来能够用其为人类服务。

　　

　　最后阶段的新使命

　　

　　目前世界上很多国家都在从事对近地小行星的观测活动，目的是对有可能撞击地球的此类小天体，提前摸清并跟踪其运行轨道，以便及时采取防范措施，拒来袭天敌于安全范围之外，确保人类摇篮无虞。观测和监视对地球具有威胁性的小行星动态，乃是首当其冲的第一步。其具体做法主要是采用天文望远镜、雷达和测控中心等组成的探测与预警系统来实施。

　　日本已由宇航研发机构牵头，研发出了一种小行星轨道探测系统，用来推算可能冲撞地球的小行星的轨道、冲撞时间、概率等数据。该系统曾以去年10月坠落于非洲苏丹的1颗直径3米的小行星为对象进行试验，测试结果发现，小行星进入大气层时间误差0.5秒，坠落地点误差为13千米。为了进一步检测该系统的观测精度，日本科学家又将目光投向了将百分之百撞向地球的隼鸟号探测器。

　　2010年6月，隼鸟号探测器将在投放出可能装有丝川小行星土壤样本的返回舱后，在再入地球大气层时烧毁。而外表置有耐热保护材料和本身携有减速装置的返回舱，将降落在澳大利亚沙漠地区。届时，日本的小行星轨道探测系统将全力开展观测工作，不仅要提前捕获目标，而且要跟踪其再入大气层和坠落运动的全过程，并将获得的数据一一记录在案。经与隼鸟号飞行指挥控制中心测得的数据和落点实测数据比较后，即可知道该系统的测试精度，并有针对性地找出改进措施。日本研究人员称，虽然隼鸟号已经伤痕累累，但相信它一定能够发挥出自己最后的价值，为人类监测危险小行星做出贡献。