隼鳥2號的2019年:大展身手,滿載而歸

2021-01-21 行星事務所

出品：科普中國

製作：haibaraemily

監製：中國科學院計算機網絡信息中心


（這篇是本年度隼鳥2號系列中重大進展的匯總，想進一步了解全部進展和更多細節的朋友們可參見文末目錄）



2019年12月3日，隼鳥2號正式開始啟動離子發動機，馬力全開返航地球，永遠結束了它的「龍宮」探險。

小行星龍宮。來源：JAXA


而在短短一年半之前，這顆探測器才剛剛歷時三年半時間，跋涉數十億公裡，抵達了這顆名叫「龍宮」、直徑只有約900米的小行星。

隼鳥2號從地球到小行星龍宮的軌道。改編自：JAXA


時間真是過得太快了！


在2018年的下半年，隼鳥2號已經出色完成了多項科學考察，順利投下了2枚巡視器和1枚著陸器。（詳情參見：進擊的隼鳥2號）

隼鳥2號攜帶的巡視器MINERVA-II1（左）和著陸器MASCOT（右），已分別於2018年9月21日和10月3日投下。來源：JAXA [2]


這是人類首次成功在小行星上釋放巡視器並拍攝和傳回照片▼

巡視器MINERVA-II 1B在2018年9月23日落地前（左）和落地後（右）拍攝的龍宮照片。來源：JAXA [3]


但此後的2019年，才是這顆探測器真正大展身手的一年，滿載而歸的一年。


2019年，絕對稱得上是隼鳥2號的幸運年。而這幸運背後，亦是無數相關工作者們多年來精心籌劃和不懈努力的回報。



 第一次著陸採樣：採集表面物質


2019年2月22日，隼鳥2號順利著陸在龍宮表面的預定著陸區L08-E1。（本節詳見：電光火石，短兵相接！隼鳥2號第一次龍宮採樣全記錄）

隼鳥2號在龍宮上投下的標記球TM（用於輔助探測器精準著陸）的位置和預定著陸區L08-E1位置，著陸區範圍是一個直徑6米的圓形區域。來源：JAXA [4]


著陸非常精準，和預定著陸區中心只偏離了1米。

隼鳥2號第一次著陸採樣點。漢化自：JAXA [5]


隼鳥2號採用的是接觸採樣，整個採樣過程只有幾秒鐘▼

隼鳥2號的採樣杆位置和底部視圖。來源：JAXA


一旦檢測到底部長長的採樣杆接觸到了龍宮表面，就即刻從採樣杆中以300米/秒的速度發射出一枚鉭質子彈，射向龍宮表面▼

採樣杆結構和鉭質子彈實物（質量5克，直徑8毫米）照片，使用鉭質子彈是為了避免採集的樣品中混入不可控的汙染物。來源：JAXA [6]


子彈撞出的碎屑被彈射入採樣杆中，經過多次反射被隼鳥2號納入囊中▼

漢化自：JAXA [7]


降落、接觸採樣、上升，電光火石，乾脆利落▼

隼鳥2號的第一次著陸採樣。來源：JAXA [8]


隼鳥2號第一次著陸採樣流程（低高度段）▼

雷射高度計LIDAR和近距離雷射測距儀LRF是隼鳥2號在距龍宮表面不同高度處採用的不同測距方式。來源：JAXA [5]


激烈採樣後留下的「罪證」▼

2019年2月22日7:30（日本時間），隼鳥2號的光學導航相機ONC-W1在距離龍宮表面約25米處拍下了第一次著陸採樣後龍宮表面的樣子。來源：JAXA、東大等 [9]


順利完成第一次著陸採樣之後，隼鳥2號還有更大的野心。


因為雖說小行星是古老而原始的太陽系物質遺蹟，但小行星表面的物質大多經歷了漫長的空間風化和改造，很可能已經不能體現它原本形成時的物質成分了。


也就是說，想要知道原始的太陽系物質成分，需要剝開小行星的表面，採集到內部的物質才行。



 投下撞擊器：去小行星上炸個坑


為此，隼鳥2號採用了採用了更為暴力和冒險的方式。（本節詳見：先是衝我打了一槍，然後還要開炮…人類也太兇殘了吧！）


2019年4月5日，隼鳥2號向龍宮表面投下一枚「炸彈」——重達14公斤的撞擊器（Small Carry-on Impactor，簡稱SCI），其中有9.5公斤都是炸藥。

▼

隼鳥2號投下撞擊器&採樣示意。來源：JAXA [10]


被扔下的撞擊器在半空中引爆炸藥，把底端厚約5毫米、重2公斤的純銅質薄板「壓縮」為一枚「炮彈」，使之高速撞向龍宮表面。

銅板加速過程中的變形成「炮彈」的過程，「炮彈」也會迅速被加速到2公裡/秒。之所以選擇在半空中引爆，以純銅炮彈撞擊，是為了不讓炸藥汙染採樣區。來源：JAXA [11, 12]


而另一邊呢，肇事鳥隼鳥2號本鳥機為了不被炸出的濺射物撞傷，丟完「炸彈」拔腿就跑，只留下一個DCAM3相機來拍攝這場爆破大戲。

隼鳥2號投下撞擊器之後的躲避計劃。來源：改編自 [13]


撞擊非常成功，直接在龍宮表面炸出了一個直徑十多米的人造撞擊坑，隼鳥2號自己安全避難，毫髮無損▼

撞出的人造撞擊坑直徑超過10米，深度約2-3米。值得注意的是新撞出的撞擊坑內部呈暗黑色，表明挖出的新鮮物質似乎比表面物質顏色更暗。來源：JAXA、東大等 [14]


這些被撞出表面的龍宮次表層地下新鮮物質，正等待著隼鳥2號再次著陸，收入囊中。



 第二次著陸採樣：採集地下物質


2019年7月11日，隼鳥2號再次下降，抵達龍宮表面C01-Cb區域，開始第二次著陸採樣。（本節詳見：3億公裡外，60釐米精度！隼鳥2號第二次龍宮採樣全記錄）


第二次著陸採樣區一帶的三維地形DEM▼

由著陸前的三次下降觀測數據繪製。來源：JAXA [15]


一時間，銀瓶乍破，碎石漫天，隼鳥2號與小行星龍宮再次完成了一場電光火石的「邂逅」，然後迅速上升▼

2019年7月11日9:03:54-9:11:44（機上，北京時間），隼鳥2號CAM-H相機拍攝的降落、採樣、上升過程（10倍速）。初始高度8.5米，最後高度150米。來源：JAXA [16]


儘管第一次採樣對探測器造成了一點損傷，隼鳥2號已經不像剛抵達龍宮時那麼健康了。但在項目組的精心謀劃和反覆演習之下，隼鳥2號依然順利完成了第二次著陸採樣，而且比第一次著陸還要精準。


實際著陸點和計劃著陸區中心只差了60釐米！（第一次是差了1米）

（左）著陸點（藍點）和計劃著陸區C01-Cb的中心（綠點）的位置；（右）採樣杆接觸點的位置（黃圈）。來源：JAXA [17]


第二次短兵相接後留下的暴行痕跡▼


（上）2019年7月11日9:06:32，ONC-W1相機拍攝，可見漫天碎石。（下）同日9:08:52（均為機上、北京時間），ONC-W1相機拍攝，可見子彈打出的新鮮物質比周圍更暗。來源：JAXA、東大等 [18]


7月12日，隼鳥2號帶著從龍宮地下次表層採集的物質，安全回到距離龍宮表面20公裡高處的伴飛位置，第二次著陸採樣圓滿成功。

JAXA控制室裡再次傳來成功的歡呼聲。來源：JAXA [19]


兩次著陸採樣點分別被命名為「玉手箱」（Tamatebako）和「萬寶槌」（Uchide-no-kozuchi），均來源於日本傳說故事▼

第一次著陸採樣點TD1和第二次著陸採樣點TD2的位置。來源：JAXA、東大等 [15]


這是人類首在小行星上成功完成多次著陸採樣、首次採集到次表層地下樣品。


至此，隼鳥2號兩發兩中，成功收入了小行星龍宮表面和次表層地下的物質樣本。不過在返回地球之前，它還有最後一個小任務要完成，那就是：投下最後一枚巡視器MINERVA-II2。



 投下最後一枚巡視器：一場奇幻旅程


然而很不幸的是，這最後一枚巡視器從2018年11月開始就已經檢測出了故障，只能保持通訊，但無法啟動數據處理等響應了。也就是說，這枚巡視器最初計劃的著陸龍宮表面、移動和拍照等工作都無法完成了。（不過也沒什麼關係，去年投放的兩枚MINERVA-II1已經完美完成了這些工作）

MINERVA-II2基本情況。改編自：東北大 [20]


但隼鳥2號項目組並沒有放棄讓最後這枚巡視器和還剩下的幾枚標記球發揮餘熱。


在已經無法拍照和觀測的情況下，隼鳥2號項目組極盡巧思，讓兩枚標記球TM-E、TM-C和巡視器MINERVA-II2從更高的高度上（約1公裡高處）被釋放向龍宮表面，觀察它們在龍宮微弱引力下的運動狀態，同時提升龍宮的重力場模型。（本節祥見：隼鳥2號：標記球和巡視器的奇幻環球旅程）


在龍宮微弱的引力之下，三個小傢伙都經歷了一場前所未有的奇幻旅程：花了幾天時間、環繞小行星龍宮數圈，才緩緩落在了龍宮表面▼

時間均為北京時間。來源：JAXA、千葉工大等 [21-23]


這是人類迄今為止向地外天體投放的最小的人造環球「衛星」，也是世界首次成功向環小天體軌道投放複數顆人造天體。


為此，隼鳥2號項目組把TM-C和TM-E兩顆標記球以人類最早的兩顆人造衛星斯普尼克1號（Sputnik 1）和探險者1號（Explorer 1）的名字命名為斯普尼克和探險者。

蘇聯的斯普尼克1號（左）和美國的探險者1號（右）。來源：維基



 返航：前方地球，再見龍宮！


2019年11月13日，隼鳥2號啟動RCS推進器，從伴飛位置開始遠離小行星龍宮，正式進入「返航模式」。（本節詳見：隼鳥2號：前方地球，再見龍宮！）

隼鳥2號啟程離開龍宮的日程表。改編自：JAXA [1]


返航最初的5天，隼鳥2號會為龍宮拍攝一系列告別照，此後就會改變朝向，再也看不到龍宮了。


最後一張龍宮近照，往後餘生，漸行漸遠▼

2019年11月13日9:15（北京時間），剛剛出發的隼鳥2號用ONC-T相機拍攝的龍宮。來源：JAXA、千葉工大 [24]


終於要說再見了▼

2019年11月12日，隼鳥2號正式啟程前的控制室。來源：JAXA [25]


如果一切順利的話，隼鳥2號將於2020年12月抵達地球，裝著珍貴小行星樣本的返回艙將再入地球灼熱的大氣層，降落在澳大利亞的Woomera——這也是10年前的不死鳥，隼鳥初號機的返回艙落下的地方。

澳大利亞Woomera返回區位置。來源：JAXA [26]


等待著擁抱龍宮樣品的無菌操作室已經準備好了▼

來源：JAXA/安部正真 [27]


2019這一年，太長也太短。

再見了，龍宮！

辛苦了，隼鳥2號！

▼

隼鳥2號全紀錄。改編自：JAXA [1]


2020年，咱們相約地球再見！




 拓展閱讀




關於作者

灰原哀博士（haibaraemily），從事行星科學研究，本公眾號主頁君。更多精彩，歡迎關注公眾號~

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 參考

[1] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20191112_ver10.pdf

[2] 近日參上「はやぶさ２」第7回  小型探査ローバMINERVA-II1、いよいよ小惑星へ著陸／リュウグウを表面で探査する─小型著陸機MASCOT

http://www.isas.jaxa.jp/feature/hayabusa2/haya2_07.html

[3] JAXA | MINERVA-II1が撮影した畫像、第2弾！

http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20180927_MNRV/

[4] タッチダウン地點

http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20190220_TDPoint/

[5] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190305_ver9.pdf

[6] はやぶさ2による小惑星レゴリス試料採取を模擬した衝突実験

http://planetary.jp/future_sse/post-hayabusa2/post-hayabusa2_file/regolith-sampling_2015-3-247.html

[7] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190206_ver8.pdf

[8] TPS | Hayabusa2 has touched down on Ryugu!

http://www.planetary.org/blogs/jason-davis/hayabusa2-touches-down.html

[9] JAXA | タッチダウン直後の畫像

http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20190225_TD1_W1image/

[10] JAXA | 「はやぶさ2」タッチダウン想像図CG/"Hayabusa2" CG Animation

https://www.youtube.com/watch?v=OR-vN1xyfF0

[11] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190318_ver8.pdf

[12] Saiki, T., Imamura, H., Arakawa, M., Wada, K., Takagi, Y., Hayakawa, M., ... & Okamoto, C. (2017). The small carry-on impactor (SCI) and the Hayabusa2 impact experiment. Space Science Reviews, 208(1-4), 165-186.

[13] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190318_ver8.pdf

[14] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190509_ver6.pdf

[15] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190709_ver8.pdf

[16] 第2回タッチダウンの畫像公開 http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20190726_TD2_images/

[17] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190725_ver9.pdf

[18] 第2回タッチダウン畫像速報http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20190711_PPTD_ImageBulletin/

[19] 「はやぶさ２」第2回タッチダウン運用　管制室前ライブ配信

https://www.youtube.com/watch?v=QazGb1pIHMA

[20] MINERVA-Ⅱ2 ローバ２分離運用について

http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Minerva-II2_PressConf_Sep24_2019_Yoshida_jp.pdf

[21] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190924_ver4.pdf

[22] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20191028_verP.pdf

[23] MINERVA-Ⅱ2 ローバ２分離運用結果 

https://fanfun.jaxa.jp/countdown/hayabusa2/press/files/20191028_minerva-II2.pdf

[24] 〝さよならリュウグウ〟キャンペーンのお知らせ

http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20191113_SAYONARA_Ryugu/

[25] https://twitter.com/haya2_jaxa/status/1194471318709649408

[26] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190822_ver12.pdf

[27] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190611_ver6a.pdf





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    pid=22883782https://news.tv-asahi.co.jp/news_society/articles/000200409.html「隼鳥2號（日文：はやぶさ2）是日本航天局（JAXA）的小行星探測計劃，原隼鳥號的後續計劃。
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  • 「隼鳥2號」把小行星塵埃帶回地球
    降落在澳大利亞沙漠中的「隼鳥2號」返回艙。近日降落在澳大利亞沙漠中的「隼鳥2號」返回艙中，裝有小行星「龍宮」上的黑色顆粒。 JAXA太空系統專家Yuichi Tsuda表示，這一操作對項目組和JAXA而言都具有裡程碑意義。據《自然》報導，這是科學家第二次從小行星帶回有關物質。JAXA在聲明中提到，科學家已經觀察到收集室入口處的沙質物質，但目前還未對收集室內部進行查看。
  • 日本小行星探測器隼鳥2號回收艙返回地球
    新華社東京12月6日電（記者華義）日本宇宙航空研究開發機構6日宣布，日本小行星探測器隼鳥2號回收艙當天在澳大利亞南部著陸。該機構將對回收艙可能攜帶的微量小行星樣本進行研究，隼鳥2號探測器在釋放出回收艙後繼續其小行星探測之旅。
  • 日本探測器「隼鳥2號」密封艙分離!將在澳沙漠著陸
    中新網12月5日電 綜合報導，12月5日，日本的小行星探測器「隼鳥2號」向地面釋放可能裝有小行星「龍宮」碎石的密封艙，該密封艙或於日本時間6日凌晨2時50分被投放到澳大利亞南部的沙漠地帶。據報導，可能被帶回的碎石樣本，或有助探索太陽系起源。
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