隼鳥號探測器（小行星取樣航天器）

隼鳥號探測器（小行星取樣航天器）

隼鳥號探測器 （小行星取樣航天器） 次瀏覽 | 2022.09.17 09:11:40 更新 來源 ：互聯(lián)網 精選百科 本文由作者推薦 隼鳥號探測器小行星取樣航天器

隼鳥號（日文：はやぶさ，英文：Hayabusa）是日本宇宙航空研究開發(fā)機構的小行星探測計劃。這項計劃的主要目的是將隼鳥號探測器送往小行星25143（又名“絲川”；Itokawa），采集小行星樣本并將采集到的樣本送回地球。

中文名

日本隼鳥小行星探測器

外文名

Hayabusa

所屬國家

日本

發(fā)射時間

2003年5月9日

著陸地

靠近Woomera，澳大利亞

國際標志

2003-019A

型號

第20號科學衛(wèi)星MUSES-C

返回地球

2010.06.13

飛向絲川小行星

隼鳥號探測器是日本宇宙航空研究開發(fā)機構利用即將返回地球的隼鳥號小行星探測器，對正在研發(fā)的小行星撞擊地球預測系統(tǒng)的精確度進行測試，這再次引起了人們對隼鳥號航天器的關注。

重量為495千克、太陽能電池板展后長約5米的隼鳥號探測器是采用離子火箭發(fā)動機飛向絲川小行星的。這種動力裝置的工作原理是，其工質氙從貯箱經過電離室被分解為正、負離子后，帶正電的離子流在引出電極的靜電場力作用下加速形成射束。離子射束與中和器發(fā)射的電子耦合形成中性的高速束流，噴射而出產生反作用推力。在隼鳥號環(huán)繞絲川小行星運轉期間，仍以離子火箭發(fā)動機提供動力。直到2005年11月9日，隼鳥號探測器已遭遇過幾次困境：太陽耀斑損壞了其電力儲存電容器，3個姿態(tài)控制儀已損壞了2個，只有1個還在正常運轉。

絲川小行星原定編號為1998SF 36，意即它是1998年9月下半月發(fā)現(xiàn)的第906顆小行星。其軌道與地球平均距離約3億千米。它的外形如馬鈴薯，長約540米，寬約300米，體積較小。日本為了紀念本國的火箭之父絲川英夫博士，經向國際天文聯(lián)合會小行星專業(yè)委員會申請并得到批準，才將其命名為絲川小行星。

自2005年11月10日開始，隼鳥號探測器的動力裝置已轉為使用化學火箭助推器，因為離子火箭發(fā)動機雖然可以精確控制方向，但費時較長。探測器上帶有足夠的助推器燃料，以保證隼鳥號能夠圓滿完成這次飛行任務。

投放觀測器失敗

在距離絲川小行星20千米高的軌道上運行期間，隼鳥號探測器就進行了環(huán)繞飛行的探測工作。它用自身攜帶的X射線和紅外線儀器觀測目標星體表面情況，收集其成分和地形數(shù)據(jù)。2005年10月份，隼鳥號陸續(xù)降低運行高度，進一步接近小行星，從10千米之內對其進行觀測。在這兩個不同的運行高度上實施探測過程中，它已把獲得的數(shù)據(jù)資料用無線電信號發(fā)回地面，供科學家們進行研究。

2005年11月初，隼鳥號繼續(xù)降高，逐步靠近絲川小行星。按照預定計劃，它于11月12日應在距離目標星60米～70米的高度上投放名叫智慧女神的觀測器。形狀如同罐子、只有10厘米長的智慧女神，實際上是個小型探測機器人。賦予它的任務是，前往絲川小行星采集數(shù)據(jù)，為隼鳥號無人探測器20日和26日兩次登陸這個小行星作準備。

遺憾的是，12日下午3時8分，地面指揮人員向隼鳥號下達了投放觀測器的指令，并經16分鐘傳遞到探測器上實施投放以后，觀測器未能在絲川小行星上著陸。事后查出的原因表明，乃系投放高度大大超出預定距離所致。發(fā)出指令的當時，隼鳥號離小行星絲川僅55米，而后轉向上升，結果在距離絲川200米的高度上投下了觀測器，滯后于最佳時機，造成日本首次向地外天體投放觀測裝置失敗。

智慧女神失蹤的當晚，仍能通過無線電波與隼鳥號探測器聯(lián)系，曾一度和地面監(jiān)控室保持通信，后因機器人天線出現(xiàn)問題而中斷了信號來往。它在與地面通信期間，已發(fā)回隼鳥號部分太陽能電池板照片，還有其內部溫度和姿態(tài)的信息。

著陸絲川小行星

雖然投放的觀測器迷失目標，但是隼鳥號自身功能卻很正常。同時，令研制者們欣慰的是，這次智慧女神的著陸預演對隼鳥號最終著陸所需的程序和設備進行了檢驗，使地面控制小組能夠以更好的準備保證對小行星采樣的成功。這使日本宇航研發(fā)機構決定繼續(xù)執(zhí)行原來計劃，在2005年11月20日和26日讓隼鳥號兩次短時間的著陸絲川小行星，采集其表面的巖石樣本。

20日凌晨，隼鳥號按照地面遙控指令于當日上午6時前，在離絲川10米的距離通過小行星引力自然下落，6時10分左右，在預定著陸目標的30米內著陸，隨即在星面跳動兩次，約停留30分鐘，然后按地面人員的指令離開小行星地面。

按原定計劃，隼鳥號一旦觸到絲川，內部的汽槍就立即發(fā)射直徑約1厘米、重為5～10克的擲標金屬球鉭彈，在小行星的硬殼上打出一個小孔，并用喇叭形的專門取樣裝置把濺起的一縷灰塵收進探測器的底艙。隼鳥號將在小行星上停留1～2秒，一旦完成采樣任務，它就飛行到8.4千米高的軌道將信息傳回地球，本身繼續(xù)進行環(huán)繞飛行。

然而，由于感知著陸的裝置沒有發(fā)揮作用，盡管隼鳥號在絲川表面停留時間大大超過規(guī)定時限，但它卻未能發(fā)射金屬球，導致第一次采樣活動以失敗告終。同時，它離開絲川后一下上升到約100千米的軌道位置，比要求的距離高度超出許多，姿態(tài)控制也出現(xiàn)問題。

實際上，隼鳥號嘗試著陸絲川小行星時，其位置和速度數(shù)據(jù)出現(xiàn)了問題，控制人員立即向它發(fā)出了上升指令，但沒有反應。日本宇宙探索局一度宣布隼鳥號處于失蹤狀態(tài)。當日上午9時30分左右，中斷了約3個小時的聯(lián)系才得以恢復。聯(lián)系中斷后，隼鳥號轉為自動控制，儲存自身數(shù)據(jù)，并在恢復聯(lián)系后將其發(fā)回地面控制中心供研究人員分析。上述著陸成功但未能采集樣本情況，就是通過仔細分析傳回地面的數(shù)據(jù)資料而得出的結論。

在隼鳥號與地面控制中心恢復聯(lián)系后，經地面人員努力，于21日姿態(tài)控制恢復正常，并再次接近絲川小行星。當日下午已抵達距離絲川50千米處，22日又拉近了兩者的位置，為再次登陸和取樣做好了準備。

26日，隼鳥號重新登陸當時距離地球2.9億千米的絲川小行星。這次停留時間較短，只有幾秒鐘，基本符合計劃要求，問題是尚難確定它是否采集到星面樣本。在它飛離絲川小行星后，已將數(shù)據(jù)資料發(fā)回地面，并按地面發(fā)出的返航指令，先圍繞小行星飛行，再踏上返回地球的歸程。照原來設定，隼鳥號探測器的返回艙應于2007年6月再入地球大氣層，在降落傘的作用下逐漸減速，最終著陸于澳大利亞的南部沙漠中。只有收到返回艙后，它是否采集到小行星樣本才會有定論。?

成功地返回地球

日本宇宙航空研究開發(fā)機構2010年6月12日宣布，在太空漂泊7年之久的“隼鳥”號小行星探測器將于13日深夜降落澳大利亞。探測器的密封艙將發(fā)揮其材料和形狀方面的優(yōu)勢，全力保護其中可能裝有的“絲川”小行星巖石。

宇宙航空研究開發(fā)機構說，日本時間13日19時21分(北京時間18時21分)，密封艙將與探測器主體部分分離，約3小時后，探測器主體和密封艙將進入高度為200公里的稀薄大氣層。

由于和大氣劇烈摩擦產生高溫，探測器主體將燃燒殆盡，而進行過耐熱處理的密封艙則繼續(xù)墜落，在距地面約10公里的空中打開降落傘，降落到澳大利亞南部伍默拉附近的沙漠地帶。

“隼鳥”號探測器的密封艙狀如炒鍋，直徑40厘米，高20厘米。負責密封艙研發(fā)的宇宙航空研究開發(fā)機構副教授山田哲哉說，密封艙進入大氣層時速度將達到每秒12公里，超過美國航天飛機每秒8公里的速度。被密封艙急劇壓縮的空氣將會發(fā)熱，溫度超過1萬攝氏度，而密封艙的表面溫度最高也將達到3000攝氏度。

為了耐熱，密封艙外殼表面被厚約3厘米的碳素纖維強化型塑料覆蓋。依靠重心的位置和角度，密封艙在降落時會讓進行過耐熱處理的曲面保持向下。墜落過程中，塑料表面將會熔化，而密封艙內的溫度則保持在50攝氏度左右。

外殼在高度約10公里的地方脫落，而密封艙本體將打開降落傘緩緩降落。宇宙航空研究開發(fā)機構約40人的回收隊伍將從地面的4個地點探測密封艙發(fā)出的電磁波，以分析降落的方位和角度≌中的直升機將利用紅外成像設備尋找密封艙和外殼。回收工作將在14日天亮后進行。

美國航天局希望此次降落的經驗能夠為未來太空飛船和探測器的耐熱設計提供參考，并預定在互聯(lián)網上直播“隼鳥”號重返地球的過程。

日本宇宙航空研究開發(fā)機構的“隼鳥”號小行星探測器2010年6月13日夜進入大氣層，降落在澳大利亞南部伍默拉附近的沙漠地帶，時隔7年后回歸地球。這是人類的探測器首次往返于地球和月球之外的天體。

澳大利亞當?shù)貢r間13日20時21分（北京時間18時51分）左右，“隼鳥”號探測器的主體與密封艙分離，當?shù)貢r間23時20分（北京時間21時50分）左右，探測器以每秒約12公里的速度進入距地面約200公里處的大氣層。探測器主體燃燒殆盡，只有進行了耐熱處理的密封艙繼續(xù)下降，在高度約10公里的地方打開降落傘，落到沙漠中。

宇宙航空研究開發(fā)機構說，他們通過電磁波確認密封艙已落地，并且從直升機上肉眼也能看到密封艙。

按計劃，“隼鳥”號通過向“絲川”小行星表面發(fā)射金屬球來采集飛濺起來的巖石，但最后以失敗告終。不過，由于它曾經在小行星表面著陸，研究人員推測，著陸時的沖擊可能令小行星表面的一些物質進入探測器的密封艙。如果能回收這些來自小行星的物質，則可為人類了解太陽系形成初期的情形提供珍貴線索。

美國雖然曾經從太空回收過彗星塵埃，但從沒有探測器在月球以外的天體著陸并返回。

“隼鳥”號小行星探測器是為了進行真正的宇宙探索而開發(fā)的。它在飛行途中進行了各種實驗，包括先進的離子發(fā)動機的運用、自律接近小行星并著陸、采集巖石和沙子、返回地球、回收等。日本太空開發(fā)史由此邁出了飛躍性的一步。

“隼鳥”號小行星探測器開發(fā)費用達到123億日元（約合1.34億美元）。它于2003年5月搭乘Ｍ5火箭升空，并于2005年到達“絲川”小行星，成功測算了其形狀并兩次在小行星上著陸。由于接連出現(xiàn)故障，“隼鳥”一度被認為無望返回地球，但項目小組每次都使它“起死回生”。“隼鳥”號的回歸比當初預定延遲了3年，它的旅途長達約60億公里，相當于環(huán)繞太陽約5圈。

日本“隼鳥”號探測器7年之旅多次出現(xiàn)險情，發(fā)動機、姿態(tài)控制裝置、電池都曾發(fā)生故障，項目組一度對“隼鳥”回歸毫無信心。多災多難的經歷也讓“隼鳥”贏得了“不死鳥”的尊稱。

工作人員在澳大利亞內陸回收日本“隼鳥”號小行星探測器密封艙發(fā)現(xiàn)疑似微顆粒

日本宇宙航空研究開發(fā)機構2010年7月5日宣布，在“隼鳥”號探測器返回艙中發(fā)現(xiàn)了疑似小行星微粒。科學家希望這些微粒能夠幫助人類揭開太陽系起源的奧秘。

“隼鳥”號宇宙探測器返回艙結束長達7年的宇宙之旅回到地球后，研究人員于6月24日開始采集返回艙收集到的宇宙樣本，并在其中發(fā)現(xiàn)了一些微粒子，可能是來自“系川”小行星的地表塵埃。

顆粒分析的結果

據(jù)共同社報道，日本宇宙航空研究開發(fā)機構2011年3月10日公布了“隼鳥”號探測器帶回的“絲川”小行星微粒的初步分析結果，他們在微粒中發(fā)現(xiàn)了一些痕跡，表明其中所含有的巖石可能曾經歷過高溫。

報道稱，這可能是約46億年前太陽系形成時期所造成的，研究人員今后將繼續(xù)認真地加以分析。“隼鳥”號采集回的小行星微粒的詳細分析結果還是首次對外公布。

研究小組在美國得克薩斯州舉辦的月球與行星科學大會上公布了這一結果。據(jù)宇航機構透露，由日本全國研究人員組成的初期研究小組使用電子顯微鏡及大型輻射設備“Spring-8”等對最大約0.1毫米的微粒內部構造進行了觀察，發(fā)現(xiàn)微粒中存在橄欖石、斜長石等巖石的大型結晶，這是曾經歷過高溫的巖石的典型特征。

參考資料