日本小行星探測器隼鳥―2運行成果分析

儘管日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）研製的小行星探測器「隼鳥」（Hayabusa）出現了一系列故障，包括3 個反作用飛輪中兩個停轉，化學推進系統燃料泄漏等，但管控人員利用1 個還能正常工作的飛輪和離子發動機進行精心地管控和操作，使攜帶著從小行星糸川（Itokawa）上採集到的10mg 樣品的密封艙安全回到地面。這也使日本成為世界上首個掌握小行星取樣返回地面的國家。

確定投放和著陸與取樣點，

以及投放目標標識器

值得慶幸的是，利用探測器上搭載的光學導航相機、近紅外分光器、中紅外攝像敏感器和激光高度計等觀測和測量儀器在距龍宮小行星20km 的上空和多次降軌所進行的一系列觀測和測量，掌握了龍宮的形狀、直徑和體積，獲取了龍宮小行星上的重力參數，確認了龍宮表面覆蓋物的密度等；判別龍宮小行星表面基本（50% 以上）都是內部有空隙的岩塊；通過對其考察、分析和重力測量，基本可判斷龍宮小行星表面的形成與進化過程，確定其自轉周期，並認定龍宮小行星是一個對稱性強、高速旋轉的陀螺形小天體，而且因離心力導致變形的可能性很大；還認定即便龍宮小行星以當前2 倍的速度自轉，也不會使其表面岩石等呈傾斜分布狀態；光學導航相機的分光觀測數據還證明：龍宮小行星若抵達赤道分界線處，即便是在受宇宙風化影響小的情況下，各種新鮮物質裸露的概率也很大；還判斷出位於赤道分界線處的L08 區域是龍宮小行星上最適於取樣的地點。

確定投放和著陸與取樣點

2018 年8 月17 日，召開了有決策者、參研單位技術人員參加的「確定投放巡視器、著陸器和探測器著陸點協商會」。對光學導航相機等提供的觀測圖像和測得的重力數據，以及分析結果，從位於低緯度和中緯度範圍內選出的13 個候補投放和著陸點中篩選出7 個供投放巡視器和著陸器，9 個供隼鳥-2 著陸的著陸點和候選著陸點；再繼續分析比對，最後確定了執行投放和著陸任務的時間，投放3 個跳躍式巡視器MINERVE- Ⅱ和小型著陸器MASCOT 的地點，以及探測器的著陸點、候選著陸地點。

投放3 個跳躍式巡視器MINERVE- Ⅱ -1A，1B和MINERVE- Ⅱ -2 時間：2018 年9 月21 日；投放地點：N6。

投放著陸器MASCOT 時間：2018 年10 月3 日；投放地點：MA9。隼鳥-2 首次著陸時間：2019 年2 月22 日；著陸點：L08；候補著陸點：L07、M4。

隼鳥-2 第二次著陸時間：2019 年5 月下旬；引爆爆炸裝置時間：4 月5 日；爆炸點和著陸點：L12；候補著陸點：S01。

參會者認為：在N6 點投放巡視器，MA9 處投放著陸器，隼鳥-2 探測器在L08 和L12 著陸，不僅有利於進一步確認龍宮當前的形狀，還能通過對採集到的樣品進行分析確認龍宮表面主要組成物質碳素的強度等，對研究太陽系的起源、進化和生命的起源有重要作用。

探測器上攜帶的巡視器、著陸器能否準確地投放到指定地點，探測器能否在指定的地點安全著陸，是能否完成一系列任務的關鍵，而要順利地將巡視器、陸器投放到指定地點，探測器安全地在著陸點實現著陸，必須提前確定好投放地點和著陸點，對布滿岩石的龍宮小行星尤其重要。

探測計劃擬完成的核心任務

小行星探測器隼鳥-2 原計劃在龍宮小行星表面著陸4 次：前兩次是演練著陸，同時確認最終著陸點，但因龍宮小行星布滿岩石，從安全形度考慮取消了演練。因此，隼鳥-2 探測器要完成的只有5 項核心任務。

通過觀測與測量獲取與小行星相關的信息，

並提供確定投放和著陸點等依據

隼鳥-2 探測器利用搭載的光學導航相機、近紅外分光器、中紅外攝像敏感器、激光高度計等4 種觀測和測量儀器對龍宮小行星進行詳細地觀測，獲取用於龍宮小行星表面礦物質成分調查、記錄龍宮表面溫度變化，以及測得的龍宮表面磁場的照片和數據信息，還為管控人員提供選擇投放和著陸點的信息，對此第2 章做了闡述；此外，分離監控攝像敏感器監控了撞擊裝置與探測器分離，以及引爆撞擊裝置形成錐形銅金屬塊及其快速撞擊龍宮小行星上選定的撞擊點和形成小行星坑情況。

投放跳躍式巡視器

隼鳥-2 探測器上攜帶了3 個跳躍式巡視器，其中兩個巡視器MINERVE- Ⅱ -1A 和1B 是由JAXA 研製的，另一個MINERVE- Ⅱ -2 巡視器是由東北大學等5 所大學研製的。

（1）MINERVE―Ⅱ―1 概況

MINERVE- Ⅱ -1A 和1B 這兩個巡視器在「隼鳥」上搭載的MINERVE 基礎上做了必要改進，是一種新型跳躍式巡視器。MINERVE 巡視器沒有在小行星糸川表面著陸的原因是，沒有把下達投放指令與實際執行指令間的延遲（16s）計算在內。隼鳥-2 採取了杜絕這種低級人為差錯的辦法。

（2）投放地點和時間

在確定著陸點的協商會上，設計者闡述了設計時就提出的4 個必要條件：

1）遠離選定的隼鳥-2 著陸點和候補著陸點；

2）與MASCOT 不能在同一著陸區域著陸；

3）MINERVE- Ⅱ不能在高溫地帶，以及陰影區非常小的位置與探測器分離，應在距赤道100m 的北半球上空與探測器分離，才能確保著陸後南北方向有一寬闊的移動和觀測地帶，否則若在南半球與探測器分離，要將巡視器投放到要求的地點，探測器很可能要下降到距龍宮小於30m 之處，這樣，軌道控制精度稍有偏差，太陽電池翼等就可能受損；

4）必須確保MINERVE- Ⅱ與地球站通信暢通。協商會決定滿足設計時就提出的這4 個條件，決定將MINERVE- Ⅱ 投放到N6 點。著陸時間為2018 年9 月22 日。

投放著陸器

小型著陸器MASCOT 是德國航空航天研究院（DLR） 和法國國立航天研究中心（CNES）共同研製， 搭載有廣角攝像機、熱輻射計、磁強計和分光顯微鏡等， 質量為10kg、車體為0.275m×0.290m×0.1956m，是一個以跳躍式前進的著陸器。

（1）投放地點和時間

在確定著陸點的協商會上，設計者也闡述了設計時就提出的4 個必要條件：

1）必須選擇在北半球，並與隼鳥-2 演練觸地點不在同一地點處投放；

2）與MINERVE- Ⅱ不在同一著陸點著陸；

3）著陸點必須在光學導航相機能夠觀測到的區域；

4）必須投放到MASCOT 與地球站順暢通信地段。

結合廣角光學導航相機提供的圖像信息和重力測量數據，以及龍宮小行星表面岩石分布等狀況，協商會確定小型著陸器投放到MA9（緯度：0°～―8°，黃經300°～ 320°）區段，投放時間定為2018 年10 月3 日。

（2）成功投放新型著陸器

2018 年10 月2 日11：50，隼鳥-2 從距龍宮小行星表面20km 處開始降軌，到10 月3 日10：55，分別放慢速度， 以40cm/s、10cm/s 和3cm/s 這3種速度降軌，到達距龍宮表面僅51m 處，開始投放MASCOT。10 月3 日10：57，MASCOT 成功地與探測器進行了通信；接著，連續發回了用廣角導航相機拍攝的3 張龍宮小行星的照片，確認MASCOT 成功地在選定的著陸點MA9 處安全著陸。10 月3 日11：00，隼鳥-2 探測器開始升軌，10 月8 日15：00 回到距龍宮小行星表面20km 處。

結束語

在科學方面，隼鳥-2 對研究太陽系起源、進化和生命的起源有重要作用；在技術方面，有利於日本繼續保持在深空探測技術領域的領先地位；在戰略方面，有助於日本拓展在防衛領域的應用潛力；在社會方面，可培養深空探測技術人才，推進日本火星衛星探測著陸計劃，並為日本加入構建國際月球站創造機會，增加討價還價的砝碼。

來源：《國際太空》201904期

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