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3亿公里外,只活17个小时的探测器向地球传回令人难以置信的图片

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答案在这儿 2021-10-16 11:27

航空航天技术逐步成熟后,各个国家都有不同程度地进行外太空探索。作为国家力量的一种展示,太空探索对人类意义深远。在太空里我们能够见识到许多难以置信的现象或者景色,这能够开拓我们的思维和想象力,追溯本源,也许就是新的科学技术发展

在浩瀚的宇宙里,对于生命的起源,人类也一直希望在宇宙中得到启示或者发现。不过长期以来这都很难看到结果,但人类也从来没有放弃,除此之外,人类出于对未来发展的考虑,例如星际资源开采、地外殖民。太空探索对人类的意义十分重要,至少我们有这个能力,在技术上也在不断进步。为了寻求真理,我们总是不惜代价。

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JAXA

在太空探索上,除了NASA、CNSA、RSA、COSPAR……这些常见的航空航天机构外,还有较为低调,报道较少的JAXA。JAXA全称为“宇宙航空研究开发机构”,是日本负责航空航天的国家研究发展机构。

JAXA在2003年成立前,是由三个组织分别独立存在。ISAS负责太空和行星研究,NAL则专注在航空研究方面,NASDA为主要的开发机构。如今的JAXA主要在太空探索、小行星勘测等一些和平项目进行研究,到后来的发展中也扩展了一些太空军事的项目开发,例如导弹预警系统。

在火箭领域,JAXA主要使用的是H型系列的运载火箭。H型火箭主要由三菱重工和JAXA联合设计制造,在飞行设计方面主要以短时间、低成本、低风险为主要研发设计思路。H型运载火箭有一个两级火箭,第一级使用的液氧、液氢作为推进能源,第二级以聚丁二烯驱动作为助推器的燃料使用。

在太空任务中,日本的第一个地外轨道任务是1985年的哈雷卫星观测,Sakigake也是继美苏后之外的国家发射的深空探测器。该探测任务也是为后来的地外探索做准备,日本政府希望在小行星探测上面有更多科学发现。

隼鸟号

JAXA成立不久后,日本宇宙航空研究所开发机构的小行星探测计划开始了。游隼号,也被称作隼鸟号,该科学卫星成为了进行小行星探索的主要探测装置。由于日本在战败后很多方面都受到了限制,在探测器的开发上,日本的航天机构选择了自己擅长的部分进行扬长避短

早期的小行星探索任务给JAXA提供了许多经验,在太空探索上,JAXA依旧选择小行星作为主要的研究目标。目前从世界范围来看,在小行星探测方面,日本的JAXA是做得比较出色的。

隼鸟号在投入使用后获得了较大成功,于是JAXA在接下来的改造计划中,隼鸟2号随后不久被创造出来。隼鸟2号在技术方面都沿用了隼鸟号的基本配置,动力上采用的是4台电推进发电机。使用电推力的发电机只需消耗化学燃料的十分之一的耗电量,极大地改善了隼鸟号需要靠化学电能进行互补的劣势。

同样的,与许多卫星探测器一样,为了保证通讯畅通无阻。隼鸟2号配有4根天线,高频增益和低频增益天线,以及备份的中频增益天线。其他设备还有定位系统,激光高度计,这可以用来协助采样器判定是否已接触星体,另外还配有红外热成像仪

“龙宫”

日本对小行星的执着探索其实并不无道理,在研究宇宙形成起因和太阳系的历史中,小行星可以说是宇宙中的“时间胶囊”。它们大多是太阳系行星或者其他星系形成期间留下的碎片,上面保留着星系形成之初的原始数据,对于生命起源的研究来说,这是十分重要的。

由于小行星自身不发光,其运行的轨道踪迹大多比较零散杂乱。即便用天文望远镜来观看,这类小行星也只是一个微弱的亮点,所以想要搜寻合适的小行星进行探索比较困难。

在小行星的分类中,C型小行星是一种含碳的小行星,从结构上看十分普通,在宇宙中存在也是最广泛的,约占已知小行星的75%。除了含有水冰、硅酸盐的D型小行星外,在实际存在的小行星比例里,由于小行星体的自身黯淡,C型小行星更深入天体主带外缘,C型小行星的存在比例还可能会更高

这类小行星的化学组成与原始的太阳星云几乎一样,都有水合矿物,其科研意义十分深远。1999年5月,美国林肯近地小行星研究发现了一颗小行星,并命名为1999 JU3。这颗小行星的轨道主要在地球与火星之间,近地点在280万公里,最远达到3亿公里左右。通过对这颗小行星的数据观测发现,该小行星在某个时刻有与水接触过,也适合往返探测

JAXA在隼鸟1号中虽然有探测过“丝川”这种S型小行星,但丝川的组成基本都是杂乱的岩石。对于新发现的1999 JU3来说,有过水存在的踪迹无疑显得更特殊。在后来JAXA正式着手这一探测项目后,便把这颗小行星改名为“龙宫”

正式探测

JAXA的隼鸟1号在发现“丝川”后,成功带回了其样本。隼鸟1号的成功为JAXA后续的可能任务提供了大量经验,在后来由于预算导致的延迟发射让隼鸟2号有了更多的改进,同时还获得了NASA以及德国航空航天中心的团队支持,其中就包含高频增益的Ka波段天线和撞击器

在探测的整体思路上面,由于对象是小行星,引力非常小,要想着陆考察有着不小的难度。龙宫仅有1公里的直径,在相对运动的状态下,需要一个稳定的姿态来让探测器降落

隼鸟2号的姿态确定控制系统与推进系统能够很好地保持、矫正飞行器的姿态,光学导航系统除了用于监测小行星地表外还能辅助飞行器勘测地面。有了这些科学仪器的帮助,隼鸟2号便不用担心各种探测器降落出现各种问题。

在探测器上,JAXA受到来自德国航空航天以及日本大学的帮助,共同设计创造出了一个着陆器侦察机。着陆器被命名为“MASCOT”,其目的是提供背景科学数据,用以完善补充隼鸟2号的遥感数据。另外MASCOT提供的地面信息是以微观尺度进行,能够提供一组特殊的数据

在行动方案上,MASCOT有着脑洞大开的方式。它被设计成了一个方形的盒子,重量在11千克,通过隼鸟2号的轨道滑出到龙宫后,便以滚动的方式运行。着陆器里面装有一个摆锤,通过自身摆动进行姿态运动,由于龙宫的引力十分小,MASCOT可以轻松地在上面“打滚”。不过在续航方面,着陆器原本只设计了12小时的工作时间,但着陆后靠着仅有的电池完成了17小时的探测。

数据传回

在观察方面,探测仪携带了近红外光谱仪,可用于监测小行星地面的水合矿物。如果该小行星的区域有这类物质成分,那么探测区域的反射光被光谱仪分解后,便能够通过仪器的波谱分析出来

根据仪器探测返回的结果来看,“龙宫”上面只有很窄的位置有V型吸收反应。虽然吸收反应有显示羟基存在,但龙宫上面的吸收特征微弱,换句话来说,龙宫的水迹存在非常少。这很有可能是因为龙宫作为一个小型天体,在数亿年间经受了各种冲击变质,龙宫的水在这个过程中加热散失掉了

在MASCOT传回的其图片中,能够清楚地看到龙宫的地表有很多凹陷部位,地面有大量的碳粉末。另外还可以看到着陆器的影子,从拍摄时间还能够推算出龙宫的昼夜交替在七个半小时左右。有了这些数据,研究人员推断在龙宫的早期运动状态中,是有可能孕育出生命的,但在长期的撞击中水分不断损失,最后成为了今天我们所熟知的样子。

在龙宫的本源上,科学家们通过光谱分析得知龙宫并不是一次性形成,而是存在多次撞击分裂导致。龙宫的原始数据和轨道痕迹表明了它也许来自同一颗小行星母体,龙宫只是其中的碎片之一。

在漫长的岁月里,这颗小行星的经历可谓坎坷不断。着陆器在这17小时里发回了许多有价值的图片与信息,让人感到难以置信的同时,还令人有些唏嘘,龙宫不断地毁灭与新生,最后终于走向末途。

未来计划

隼鸟2号在六年的时间里圆满完成任务,在小行星勘测上又提供了许多有科研价值的信息。在未来的项目计划中,JAXA决定在2024年度发射MMX探测器进行往返勘测,2025年抵达火卫一后进行样本采集和地形调查,并于2029年返回地球

在火星的样本探测中,除了JAXA还有美国、欧洲,都会计划在2030年初期带回火星样本。如果JAXA能够率先完成这一成果,无疑又是人类历史上的一次进步,MMX的往返飞行也会成为未来载人探测的重要基础。

结语

通过太空探索,我们能够了解和发现更多谜题,在科学研究上,各国之间的努力和不同方向的研究也在不断地完善着我们对外太空的认知

人类文明发展往往也伴随着伟大的冒险,就像我们曾经所经历的大航海时代一样。宇宙就像是新的大海等着人类去探索,一切的起源和秘密在未来或许都将被发现

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