太阳系中,有一个像马铃薯一样的小行星。日本人想研究一下这个太空“马铃薯”。日本将他们的探测器命名为“沉思”号。后来,他们在“沉思”中觉醒,干脆取名“猎隼”,以表达日本的探险精神。
“猎隼”号探测器由日本宇宙航空研究开发机构研制,体积为1米×1.6米×2米,太阳能帆板展开后5.7米,重量为500千克。 “猎隼”号探测器是日本第一个装载离子推进器的空间探测器,也是世界上第一个从小行星采集土样,并送回地球的往返型行星探测器。
“猎隼”号探测器由星体、直径0.4米的返回舱、离子推进器、采样器等组成,携带了5种探测仪器,“智慧女神”号登陆探测器、定位器,还有一颗“炮弹”。“猎隼”号抱着它们一起飞向小行星。
“智慧女神”是一个小型探测机器人,柚子大小,它配有太阳能帆板、彩色照相机和温度敏感器等设备。
“猎隼”号的离子推进器喷射火焰
定位器的外形闪闪发光,是一个大小为10厘米的目标指示器。它为“猎隼”号指定登陆点、方位和高度。
太空炮弹是一颗直径约1厘米、重量为5~10克的小金属球“炮弹”。发射时速度高达300米/秒。别看这颗炮弹小,它可是空间探测史上的第一颗太空炮弹。
“猎隼”号的科学任务是:两次登陆小行星。第一次,“猎隼”号在下降的过程中,施放 “智慧女神”,采集小行星的数据。第二次,“猎隼”号在探测小行星时,先投放目标指示器。根据定位器的方位,“猎隼”号上像火箭筒一样的采样器,精确贴近到小行星的表面,发射一枚“炮弹”。“炮弹”冲击后又爆炸,产生足够的碎片或粉尘。采集器搜集小行星的尘土,然后由返回舱携带样本和探测数据返回地球。
“流氓”小行星
1998年9月,美国空军和麻省理工学院的科学家,用天文望远镜发现了一颗小行星。这颗小行星以日本科学家名字命名,为“丝川”小行星。“丝川”小行星的形状不是以前所认为的橄榄球,而是像马铃薯。它长约500米,宽约270米,引力为地球的十万分之一,位于地球和火星之间,距离地球3亿千米,与地球十分接近。“丝川”经常在环绕太阳的旅程中穿越地球的轨道,与地球存在着相撞的潜在危险,被称为“流氓”小行星。
天文学家猜测:这个“流氓”小行星是从某颗行星中分离出来的。如果这次能得到小行星岩石样本,其意义可以与“阿波罗”号飞船从月球带回来的岩石相媲美。说不定还能在小行星的表面发现有机生物。
日本科学家计划:“猎隼”号探测器用2年4个月的时间,飞到“丝川”小行星的轨道,采集它的岩石样本。“猎隼”号完成任务后,于2007年6月伞降着陆于澳大利亚的沙漠地区,结束它长达4年的旅程。
2003年5月9日,“猎隼”号探测器从日本九州的鹿儿岛航天中心,搭乘H-5运载火箭发射升空,开始了它探访太空“马铃薯”的漫漫征程。
当灾难来敲门
“猎隼”号探测器在执行任务的过程中并不顺利。在飞往“丝川”小行星的途中,“猎隼”号在太空中发生打滚、侧飞等故障,一波三折,克服了很多困难,还是晚点了2个月。
2005年7月31日,由于摩擦过大,“猎隼”号探测器控制方向的3个反作用飞轮中的1个失灵。反作用飞轮是姿态控制装置,用来控制方向的。用2个轮子来控制姿态,就好像一辆只有两个轮子的三轮车一样,摇摇摆摆、晃晃悠悠。但“猎隼”号最终艰难地到达了目的地。
2005年8月28日,“猎隼”号与“马铃薯”的距离缩短到4800千米。它关闭了离子发动机,起动了调姿火箭发动机,渐渐降低高度和姿态,向“马铃薯”靠拢。
2005年9月初,“猎隼”号与“马铃薯”交会。最终于9月12日飞抵离“马铃薯”小行星20千米到3千米高度,并精确地保持着与“马铃薯”的距离。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。2周后,“猎隼”号用1台自动调焦相机、2台广角相机和1台近红外光谱仪,对“丝川”进行了全方位测绘照相;用激光雷达高度计的4个激光波束绘制了高精度三维立体地图;仔细观察了“丝川”小行星的形状、地形、表面高度分布、反射谱、矿物组成、重力、主要元素等数据。
2005年10月初,“猎隼”号开始进一步接近“丝川”小行星。“猎隼”号准备从10千米高度对它进行观测。非常意外,在这关键时刻又有1个反作用飞轮发生故障,只剩下1个可以继续使用。这使“猎隼”号的飞行姿态更加难以控制,接近目标变得更加困难。在此情况下,地面控制人员只得利用剩下的1个反作用轮,外加2个火箭推进器来维持“猎隼”号的平衡和方向。
由于这一故障,“猎隼”号的太阳能帆板不能面向太阳,电源供应无法保证。“猎隼”号的反作用轮是探测器的关键装置之一。没有反作用轮,探测器难以保证姿态,完成采样工作。“猎隼”的3个姿态控制的反作用轮均由美国制造,技术非常成熟。然而,这次发生的2个反作用轮出人预料失灵,不仅让“猎隼”号几乎丧命,也让日本科学家们有苦难言。
“智慧女神”失踪
“猎隼”号探测器执行第一次登陆。“智慧女神”登陆器到了登陆“丝川”小行星的关键时刻。2005年11月4日,“猎隼”号开始降低高度,一步步靠近“丝川”小行星。突然,计算机出现异常信号。
11月9日,“猎隼”号下降到距“丝川”小行星70米处,离子发动机关闭,改用调姿火箭发动机,减慢靠近目标的速度。11月12日,“猎隼”号在距离“丝川”小行星表面55米远的距离时,投放了“智慧女神”登陆器。
这时,“智慧女神”应该在登陆小行星后跳跃前进,并利用所携带的设备对“丝川”小行星进行拍照和研究。但不知为什么,“智慧女神”迷失于茫茫太空之中,未能登陆“丝川”小行星的表面。
在一片遗憾中查明,科学家们错误地计算了投放时间,投放高度大大超出预定距离。发出指令时,“猎隼”号已飞离“丝川”小行星55米,而后却莫名其妙地转向上升,结果在距离“丝川”小行星 小行星200米的高度上投下了“智慧女神”。“猎隼”号错过了最佳时机,造成了日本首次向地外天体投放登陆器失败。
“猎隼”迷踪
11月20日5时30分,“猎隼”号探测器执行第二次登陆,亲自采样。这次登陆意义非常重大,它是人类派出的机器人首次登陆小行星,精确度以分米作为计量单位。
“猎隼”号下降了。它在离“丝川”小行星40米远的距离时成功地投放了定位器。5时40分在距“丝川”小行星17米处开始自由落体。下降,再下降……人类第一次如此接近小行星。突然,“猎隼”号撞上了“丝川”。天哪,这是怎么回事?
5时46分,日本地面控制中心接收到“猎隼”号的信号。地面控制人员立即向它发出了上升指令,但没有反应。“猎隼”号与地面失去联系长达3小时。控制中心一度宣布“猎隼”号处于失踪状态。直到9时30分左右,通信才又恢复。联系中断期间,“猎隼”号转为自动控制,储存自身数据,并在恢复联系后将数据发送回地面控制中心,供研究人员分析。
数据分析显示,“猎隼”号的确登陆了,而且是登陆过头了。由于定位器有发挥作用,折腾了30分钟,采集器也没能射出“炮弹”,还撞击了小行星,致这次采样活动的失败。
第一颗太空炮弹
“猎隼”号离开“丝川”小行星后,姿态控制系统再出故障,一下上升到100千米的高度,比要求的高度超出许多。地面控制人员不得不重新调整“猎隼的高度,再试一次。
11月21日,“猎隼”号再次接近“丝川”小行星。当日下午,“猎隼”号抵达距离“丝川”小行星50千米处。
第二次登陆开始。“猎隼”号开始缓慢接近小行星。11月26日6时左右“猎隼”号垂直下降;7时07分,“猎隼”号距小行星1米、0.5米、0.1米。“隼”号似乎已闻到这个“马铃薯”的味道了。“猎隼”号终于重新登陆“丝川小行星。“猎隼”号贴近小行星表面,狠狠发射了太空“炮弹”。
“炮弹”击中“马铃薯”,瞬间反弹起来。科学家认为:“炮弹”的冲击力以产生碎片和粉尘。在这一瞬间,被“炮弹”击碎的岩石碎片飞溅起来,完全可能进入采集器,并立即被密封起来。
“猎隼”号在小行星上停留1到2秒钟时间,整个接触仅有1秒钟,成为空间探测史上最短、最干脆的一次登陆。“猎隼”号一旦完成采样任务,就飞行到84千米高的轨道,将信息传回地球。然后“猎隼”号继续环绕小行星飞行。
死而复生的“猎隼”
当人们祝贺成功的时刻,“猎隼”号在飞离小行星6千米左右时,火箭推进器的燃料泄漏。为防止燃料继续泄漏,“猎隼”号关闭了燃料阀门。随后探测器自动进入“安全模式”,关闭了所有不必要的系统,以免遭到损坏。地面控制人员一直试图恢复对探测器的控制,但是主要系统的功能已经严重受损,导致通信一度无法正常进行。
地面控制人员向“猎隼”号发出姿态和轨道控制指令,但大部分指令没有奏效。
日本科学家做了最坏的打算,准备为“猎隼”号安排后事。突然,探测器天线发出微弱信号,在人们的努力下,信号时断时续,探测器以极低的速度发回数据。从有关数据分析判断,推进器被锁定或燃料被冻结,电池电源严重不足。
12月2日,地面控制人员紧急抢救“猎隼”号,试图重新起动火箭发动机。一个发动机恢复了运转,但是发动机的全面运转仍未恢复。地面控制人员采取多种方法使离子发动机运转,以紧急控制姿态,并立即着手创建必要的运行软件。不久,运行软件完成了,离子发动机的功能恢复,并通过这一功能向探测器发出了姿态改变指令。
“猎隼”号抢救成功。12月5日,地面与“猎隼”号的通信恢复正常,并终接收到了“猎隼”号登陆时的数据。但没有11月26日探测器弹射“炮弹”时数据。经过一系列的分析,日本专家说,“猎隼”号第二次登陆“丝川”小行后,由于探测器的姿态控制系统出现故障,通信功能欠佳,没有及时传回能证采样成功的数据,致使科研人员误以为圆满完成了任务。
从“猎隼”号探测器新发回的数据判断,可能没有采集到小行星的岩石本,但“猎隼”号不会空手而回。在“猎隼”号着陆时,地面会扬起尘埃和粒。它们有可能进入探测器的收集装置。
归途路漫漫
2006年12月,是“猎隼”号返回地球的好日子,但计划有变。日本必须“猎隼”号“诊断病因”,提出“医疗方案”,它才能安全地返回地球。在修之前,探测器不会启程返回,但只要有一线希望就绝不放弃。科研人员绞尽脑寻找解决方案。
“猎隼”号探测器已错过回家的佳期。“猎隼”号将不得不在地球与小行之间流浪,等待返回的理想时机。这需要3年的时间。如果不出问题,“猎隼”应当在2010年6月返回地球。但是,即使今后各种故障得到修复,也无法保证“隼”号探测器的电池仍然可以使用。
如果“猎隼”号很幸运,能够“健在”的话,按照预定计划,“猎隼”号返回地球的过程中,将再次起动离子推进系统。返回舱将与“猎隼”号分离,后以接近12.9千米/秒的速度闯入大气层。大气层的摩擦将使返回舱逐渐减速,后打开降落伞,降落在澳大利亚南部沙漠地区的伍莫拉测试场,最终完成回收。
2010年3月,太空流浪7年的“猎隼”号已在返回地球的途中。不论“猎隼号最终能否“回家”,但是它成功登陆小行星,至少证明了日本科学家的智慧勇气;证明了日本的航天科技不简单。
2010年6月13日,“猎隼”号重返大气层,壮观景象惊险上演。“猎隼”探测器将在重返大气层时,焚毁于澳大利亚西北上空,不留一点痕迹,好像什都没有发生过。澳大利亚当地时间13日23时,“猎隼”号探测器主体与密封舱离,进入大气层。密封舱直径约为30厘米,高约15厘米,重约6千克。密封舱在离地面70千米打开降落伞减速。日本宇宙航空研究开发机构派出直升机搜索,现密封舱坠落在沙漠中,落点精度误差不超过30千米。密封舱的外壳在坠地时生破裂。日本科学家从“猎隼”号的密封舱里发现了那颗难看的小行星的尘埃直径仅0.01毫米,以及一点点小行星的气体。
正如每一个探测器的探索之旅都是一部惊险的历险记一样,日本的“猎隼”号探测行动,也可谓多灾多难、险象环生。