在當今世界的諸多航天國家當中,日本是唯一一個曾經從小行星上取得了巖石樣品回到地球的國家,這也成為日本航天引以為自豪的一件重要成就,日本一共進行了兩次小行星探測,一次是在2003年發射的隼鳥1號,它前往一顆叫做系川的小行星,發射了兩顆子彈,然後取回了一點巖石粉末。第2次是在2014年,隼鳥2號探測器前往一顆叫做龍宮的小行星。這次日本做得更過分,用一枚自鍛破片彈轟擊了小行星,把表面打得粉碎,取下了巖石的樣品,這顆探測器現在還沒有返回地球,具體的返回時間大概是在2020年底。
【隼鳥一號探測器】
日本人和小行星有什麼仇呢?在西方世界的國際科學合作分工裡,日本的任務是緊隨美國之後,為美國的總體航天目標服務。但是在這之外,也有一些可以自由選擇的空間。日本會根據自己的國力和技術能力,選擇一些別人不做但又具備相當科學價值的目標。小行星就是其中的一類。
小行星有很多種,太陽系裡有兩個主要的小行星帶。其中第一個存在於火星和土星之間,它的名字就叫做小行星帶。第二個在冥王星軌道外面,叫做柯伊伯帶。
除此之外,還有一些更受關注的小行星,就是所謂的近地小行星。這類小行星有時候會飛到非常接近地球的地方,所以人們擔心它們或許會在某一天與地球相撞。然而另一方面,這些小行星上蘊藏著重要的資源,其中甚至包括水。
【隼鳥一號的返回艙】
然而到日本發射隼鳥探測器之前,人們對小行星礦產成分的認識,都是通過天文望遠鏡實現的。雖然通過光譜分析,可以了解到小行星帶成分,但這樣的了解對資源開發是遠遠不夠的。人們還是需要從小行星上獲得一些樣品,才能下定結論。這與月球探測的概念是一樣的,無論人們用望遠鏡觀察月球多久,也不及親自取一些巖石樣品回來。
因為小行星的引力很小,所以探測器不可能真的著陸在上面,然後鑽孔取樣。所以兩顆隼鳥號探測器的基本原理都差不多,就是靠近小行星,用高速彈丸把表面巖石打碎。碎石頭會漂浮在小行星表面,然後把取樣器伸過去就可以了。
【隼鳥二號探測器】
在隼鳥一號任務期間,日本航天人員並沒有把問題想得太複雜,僅僅設計了一支有兩顆子彈的槍。當隼鳥一號抵達系川小行星之後,就緩慢地靠上去,把槍口從星體裡伸出來。當槍口接觸到巖石表面,就立刻發射,用兩顆子彈把巖石表面打碎。在槍口的外圍,是碎石收集器。子彈濺起的碎石進入收集器之後,用傳送帶傳送回返回艙裡。然後隼鳥號啟動離子發動機,向地球返航。經過5年的飛行,隼鳥一號的返回艙終於著陸在澳大利亞南部。日本科研人員打開返回艙之後,發現其中竟然空無一物,一時間大為沮喪。不過經過顯微鏡觀察,返回艙內壁上確實沾著一些石粉,大約有1500顆。很顯然,設計之初低估和採樣的難度。
於是在2014年發射的隼鳥二號小行星探測器上,日本科研人員真的搞了一個「鳥槍換炮」。隼鳥二號的探測對象是一顆叫做龍宮的小行星,比系川號大很多。因此隼鳥二號的探測設備要複雜得多。長話短說,我們來說說它的主要採樣工具。這是一枚標準的炮彈,和用來反坦克的末敏彈殺傷部分原理完全相同。它的使用過程也很有意思。隼鳥二號接近龍宮之後,先進行一番探查,然後把炮彈拋出,讓它懸停在龍宮上方。然後隼鳥二號本體躲藏到龍宮的另外一面,以免被轟擊濺起的碎石打傷。躲好以後,炮彈起爆,把一枚硬質彈丸射向龍宮。等碎石飛濺的過程結束,隼鳥二號才回到撞擊坑上方,伸出採樣器收集巖石樣本。
現在,隼鳥二號已經完成了這個過程,大約在2020年底回到地球。炮打小行星的工作是不是成功,我們很快就有答案了。