NASA用8億美元換寶貴5秒！遠赴億萬里外探索「貝努」為哪般

科技 09-10

發射瞬間

美國東部時間8日19時5分（北京時間9日7時5分），美國國家航空航天局（NASA）的「奧西里斯-REx」（OSIRIS-REx）探測器搭載聯合發射聯盟的阿特拉斯5型火箭順利升空，開始了歷時7年的「獵星之旅」——奔赴億萬里外的小行星「貝努」（Bennu），觀察、取樣後返回。

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8000多名觀眾到現場觀看了發射盛況，為「奧西里斯-REx」餞行

按照計劃，「奧西里斯-REx」要在孤寂的太空中飛行兩年，於2018年8月抵達「貝努」，然後繞其進行3D拍照、繪圖，並尋找安全適宜的取樣點。如果一切順利，2020年7月，「奧西里斯-REx」將展開3.35米長的機械臂系統「TAGSAM」，與「貝努」做一次5秒鐘的親密接觸。在這5秒鐘里，機械臂會「噴出」一口氮氣，激起「貝努」表面的岩屑和塵土，並抓取一小撮作為樣本。NASA希望至少能獲得60克的小行星樣本。

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發射後火箭引擎工作狀況良好

2021年3月，探測器將踏上歸家之途，預計2023年9月到達近地點。但這個「獵星英雄」不會接受人們的膜拜，它會將戰利品——小行星樣本放在一個46公斤重的返回艙中，投放到位於猶他州鹽湖城附近的猶他測試訓練場。之後，這些樣本會被送往NASA位於休斯頓的約翰遜航天中心，科學家們將用兩年時間對其進行研究分析。而「奧西里斯-REx」將繼續飛行，進入一個穩定的繞日軌道。NASA稱其或許還另有他用。

此次「奧西里斯-REx」遠赴億萬里外「獵星」，是NASA繼「新視野」號飛越冥王星、「朱諾」號探測木星後的第三個「新疆界項目」任務，其目的是希望通過對小行星的近距離觀測和對行星樣本的分析，加深對太陽系形成及演化、地球生命起源等的了解，和對近地空間存在的資源以及威脅的認知。

NASA為此次任務投入了8億美元，這還不包括發射費用。但這只是NASA的首個小行星採樣返回任務，而不是人類的第一次。2010年，日本的「隼鳥」號探測器曾從小行星「絲川」上帶回少量行星樣本。

不遠億萬里為私企太空採礦趟路

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OSIRIS-REx藝術構想圖

航天器選擇的發射時機很有趣，一些公司正尋求在太空開採稀有礦物或燃料的機遇，如果NASA的努力成功了，將驗證這種努力方向的正確性和可行性。

專門開發小行星採礦技術的「行星資源」公司總裁和首席執行官克瑞斯·洛維奇對NASA任務表示衷心祝福，他認為，從太空岩石中採集資源將「釋放探索太陽系帶來的經濟潛力」。

「行星資源」公司科學顧問、亞利桑那大學行星科學家、項目首席研究員丹特·勞雷塔說：「『奧西里斯-REx』確實是個開拓者，任何打算在小行星上採礦的團隊都將從我們開創性的技術中獲益。」

「行星資源」公司已經確定了幾個可能富含水和貴重金屬的近地小行星。而另一家「深空」公司在今年8月9日宣稱，它正在計劃一個商業小行星採礦任務——「探礦者-1」號。

類似的企業可能希望將稀有的鉑金屬帶回地球，並用於生產電子設備和催化轉換器等；小行星礦物質還可被轉化成深空探測任務的燃料，也可以被用來在空間進行3D列印；小行星上的水則可以用作「盾牌」，保護航天器免受宇宙輻射和太陽輻射。

但最終，私人公司的商業目的很可能與科研機構的目標相悖，正如「深空」首席科學家約翰·劉易斯所說：「在小行星上找到具有經濟潛力的資源、提取處理並在市場上交換才是我們的宗旨。」

不過，商業小行星任務還面臨法律挑戰。根據1967年聯合國條約的規定，「包括月球和其他天體在內的外層空間」不得主張主權。太空法和政策解決方案的創始人邁克爾·利斯特納說，這意味著在實際操作層面，「沒有一個國家可以擁有月球上或小行星上的財產」。

然而，去年秋天，美國頒布了一條法律，允許美國公民對太空資源進行商業探索。盧森堡也在考慮頒布允許在小行星採礦的新法規，其他國家也會很快跟進。實際上，並沒有一個強有力的國際法律框架來處理與聯合國條約解釋相悖的太空發展策略。

儘管還存在不確定性，但太空機構和太空採礦公司還將繼續下一代小行星探索的計劃和行動。「深空」公司的「探礦者-1」號航天器將在2019年發射；NASA則計劃在2020年後向小行星派出機器人太空船，攫取一塊巨石並將其拖到月球軌道。

探索「貝努」，瞄準哪些科學課題？

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貝努小行星與帝國大廈和埃菲爾鐵塔的比較示意圖

小行星「貝努」大約形成於45億年前，與地球和太陽系其他行星年歲相當。它只有500米寬，運行速度卻達到時速10萬公里。美國國家航空航天局（NASA）科學家選擇「貝努」的原因，是它的軌道基本呈圓形，且每隔6年會造訪一次地球，近地點只有30萬千米。更重要的是，與其他小型太空岩石相比，它不會因為快速自轉而甩出可能損害航天器的碎石。

在「貝努」上抓取樣本並不容易。等「奧西里斯-REx」探測器進入「貝努」軌道，它將下降到其表面並釋放一個長達3.35米的機器手臂，手臂上是一個吸杯式的裝置。當機器手臂接觸到「貝努」表面，將釋放一股氮氣來衝散表面的岩石和灰塵，接著將至少60克表面物質推入存儲倉中。

如果一切進行順利，「奧西里斯-REx」將在2023年送回樣品。要知道，NASA在上世紀70年代「阿波羅」計劃完成後再無所獲，雖然日本「隼鳥2」號飛船正在去往小行星「Ryugu」採樣的路上，但設計者只打算採集少於1克的樣本。

希望找到生命的前體物質

一旦樣本返回地球，科學家將用複雜的科學實驗來「琢磨」它們。NASA科學家將分析樣本並確定「貝努」的化學成分，他們希望找到生命的前體物質——水冰和氨基酸等有機分子，它們被認為是生命進化的關鍵因素。

測量行星上有機材料分布

任務並非只有採集表面物質樣本這一項。觸摸「貝努」之前，「奧西里斯-REx」將花費一年半到兩年時間，廣泛地考察它。細節清晰的全景地圖將幫助科學家選擇一個最適合取樣的地點，同時還要測量表面有機材料的分布狀況，這有助提供觀察其他小行星成分的視角。

研究太陽光如何使小行星變軌

「奧西里斯-REx」還將研究太陽光線是如何改變小行星軌道的。自1999年以來，科學家一直在模擬「貝努」的運行軌道，但到目前，它的軌道改變了超過160千米。即使科學家了解到是「雅科夫斯基效應」在起作用，但還從來沒有在正在運行的小行星上研究這一效應。「行星資源」公司科學顧問、亞利桑那大學行星科學家、項目首席研究員丹特·勞雷塔說，此次的觀察結果能為構建其他太空岩石模型，特別是描繪未來的精確軌道，以及是否對地球產生影響提供幫助，「我們將進入未知領域，『貝努』是一個完全未被探索的世界」。

研究人員認為，雖然科學家以前用地基和空基科學儀器研究過「貝努」，但「奧西里斯-REx」仍然可能帶來驚喜。項目科學家克里斯蒂娜·里奇說，這60克樣本中的一部分將供現在的科學家研究所用，日本和加拿大的空間研究機構會參與其中，另外四分之三將被保留起來，「有待未來科學家回答當代科學家無法回答的問題」。

「奧西里斯-REx」小行星取樣任務時間表

2016年9月：「奧西里斯-REx」（OSIRIS-REx）探測器從美國佛羅里達州卡納維瑞爾角發射。

2018年8月—10月：探測器相機開機並試圖從130萬英里遠的距離定位小行星「貝努」，並評估其形狀、自轉速度以及是否有衛星存在。

2018年12月：探測器與「貝努」親密接觸，它將從其上幾英里處拍攝小行星所有細節，包括確定易於取樣的地點。

2020年7月：探測器機器手臂將接觸「貝努」表面，採集60克物質樣本並將其收進返回艙。

2021年3月：「奧西里斯-REx」將離開「貝努」，攜帶裝有樣品的返回艙回到地球。

2023年9月：釋放降落傘帶著樣品返回艙在美國猶他州實現軟著陸，而「奧西里斯-REx」將飛掠地球，然後在一個環太陽軌道永久退休。

（圖片來自NASA官方微博）

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