日本小行星回收艙返回地球,隼鳥2號繼續航行,到底有多先進?

2020-12-14 光電科技君

小行星探測作為人類探索宇宙深空網絡的重要組成部分,許多國家都設定了計劃,探索小行星。這是人類歷史上第二個成功採集樣品,並且返回地球的探測器,而第一個就是2003年日本發射的「隼鳥號」,它於2010年成功將「絲川」小行星的物質微粒送回地球,「隼鳥2號」是「隼鳥號」的後繼探測器。

「隼鳥2號」2014年12月從鹿兒島縣種子島宇宙中心發射升空,這一次將其在2018年6月在小行星「龍宮」附近採集的樣本返回地球。它還將繼續太空之旅,預計將在2031年左右抵達編號為「1998KY26」的小行星進行不採樣探測。在太空工作將能達到17年之久,它是怎麼做到的?探索小行星又有怎樣的意義?

日本揚長避短,進行小行星探測,容易出成果

登月是一個系統性工程,需要按步驟來是不爭的事實。對各方面科研要求特別高,而同樣是深空網探測,針對小行星除了飛行距離較遠,其他方面都比較容易實現。

一是小行星基本都不大,比如這次探測的「龍宮」,直徑僅為900米,體積小意味著沒有複雜的引力環境,「登陸」比較容易。因為不用克服引力,在太空中「登陸」,也就是相當於空中對接;二是對小行星探測也可以實現對太空星體的起源和演變歷史研究,也可以對其資源情況進行了解。

NASA曾將它們的月球和行星探測計劃的目的歸結為三點一、了解太陽系的起源、演變及現狀;二、通過太陽系內各主要行星的比較研究,進一步認識地球和人的周圍環境;三、了解太陽系的化學變化的歷史,探索生命的起源。

關於深空網中隊小行星探測的意義和途徑,本文就不過多提及,我國的相關領域的科學家也有很多研究,同時我們也將小行星探測作為重要目標之一。

不同於美蘇粗放式,狂燒錢探月模式,我國建立的探月工程是以「繞、落、回」逐步實現,考慮的即使技術實現上步驟,也是經濟性和可持續性。日本針對小行星的探索計劃也是基於這樣的考慮——「花小錢、辦大事」。

採用小型探測器飛行,在小行星上進行有效載荷實驗,採取微量樣本,採用「膠囊」形式投放到地球,供地面研究。這樣的計劃經濟實惠,比較適合經濟規模較小國家進行深空網絡探索。

在藉助美國的深空網絡技術下,日本於2003年發射了隼鳥號探測器,並成功地將「絲川」小行星的物質微粒送回地球,同時也搞清了這顆行星的豐富資源和演變歷史。

這也讓日本看到了「太空採礦」的可能性,實際上想通過簡單的方式,將礦產資源豐富的小行星拖拽回地球,一直是「太空採礦」的一個設想,如果成功效益還是十分客觀的。比如新近發現的小行星2011UW-158:直徑大約1公裡,內核富含鉑金成分,總重量達1億噸,估算價值為5.4萬億美元(約33.48萬億人民幣)。

基於日本的科技發展水平較高,但是資源缺乏,以小博大的小行星探測還是比較適合。在30年左右深空探測歷史的積累下,日本開始了小行星探測之旅。

與我國深空探測相比,誰更厲害?

最近,日本的隼鳥2號將裝有0.3克的樣本以「膠囊」形式運送回地球,返回艙40公分大,回收人員在澳大利亞找了半天。但是很多人就問:和我國的「嫦娥五號」相比,他們飛行那麼遠,是不是更先進。小編不清楚判定的標準,從技術實現上看看「隼鳥2號」的小行星探測之旅到底有哪些技術創新,判定這事交給大家。

我們先看這個小型飛船,全重609公斤,飛行往返6億多公裡,採取「探針」採取了3克左右樣品。可能最耀眼的成就是 飛行距離超長,深空網遙控較遠這些。

首先,「隼鳥二號」在沿用之前技術的情況下,沒有繼續採用化學和電推進(化學推進推力大但作用時間有限,電推進推力小但作用時間長)相互配合的方式,而是搭載了4臺電推進離子發動機,基本耗能只為化學燃料的十分之一。

再配備超大的太陽能板,配合日本的電池儲能技術,這是超長續航的秘密。在這一點上,充分顯示了其電子工業的實力。其搭載的有效載荷採集數據也較為豐富。

其次,採取類似「著陸」的懸停採用可以規避登陸採樣的技術難題和能源消耗,同時飛行抵近小行星採集附近微小塵埃,也是一個經濟實惠的方式。隼鳥2號在捕捉面板上採用雙層0.01g/mL的氣凝膠;在樣品保存和汙染控制上有了創新性的發明,採用鋁真空罐閂和彈簧雙重封印和填充惰性氣體的接口。

最後,探測器兩度成功「登陸」小行星「龍宮」,採集到了地表下巖石標本。並且採取探測器繼續執行任務,採樣回收倉及時投放地球的方式,極大地節約了發射成本,也為證實這些樣本是否真的含有碳和有機物提供實物例證。

要說開創性還是有的,一是電推發動機的壽命長,而是採用可控爆破方式採集樣品都算是創新技術。但並不能和嫦娥五號等探月工程相比較,倒不是誰更先進的問題,而是技術難度和意義本身沒有可比性。

對於探月我們這次「嫦娥五號」即將實現「五個首次」,在自主的部件,自建的天鏈通信衛星等深空網絡支持下,逐步實現既定目標。而日本在藉助美國深空網的情況下,採用大部分外購部件,進行探測,儘管有很多成就,但不能和系統性的探月工程想提並論。

小編看中的是其可持續工作的9個月的離子推進系統,其技術含量還是十分高超。正是憑藉它,日本隼鳥2號才得以在3年半的去程和1年的回程中,改變穿越太陽系的軌道。可喜的是這種離子推進系統我國也有。

比如由中國航天科技集團公司五院510所自主研製的中國首個衛星用200毫米離子電推進系統LIPS-200,其地面壽命及可靠性試驗累計工作時間達到6000小時,開關機3000次,具備確保衛星在軌可靠運行15年的能力,還有502所研製的某衛星磁聚焦霍爾電推進系統,這些技術均已經應用在我國多種衛星上。

和我國深空探索的目標一樣,現在的太空探索實際是綜合實力的體現,能可持續,自主探索太空,才真正體現科學探索能力。

「宜將剩勇追窮寇,不可沽民學霸王」,我們保持學習的心態,保持著不斷科學發展的技術路線,最終將在深空探索中取得優異的成績。

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  • ...龍宮|月球|地球|隼鳥2號|探測器|日本|奧西裡斯-rex|jaxa|小行星
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