后發(fā)先至 

　　北京時(shí)間2019年2月21日下午12:45，隼鳥2號(hào)終于從懸停位置開始下降。盡管已經(jīng)比預(yù)定時(shí)間晚了5個(gè)小時(shí)，但它似乎成竹在胸，只是穩(wěn)穩(wěn)地操縱探測(cè)器加速下降。JAXA的隼鳥2號(hào)探測(cè)器，正在面臨它一生中最重大的考驗(yàn)。 

隼鳥2號(hào)和小行星龍宮的藝術(shù)假想圖。來源：JAXA[1] 

　　  

　　它花了三年半時(shí)間，跋涉數(shù)十億公里，來到這顆名叫“龍宮”、直徑只有約900米的小行星。它已經(jīng)出色完成了多項(xiàng)科學(xué)考察，順利投下著陸器和巡視器。 

　　但它的終極目標(biāo)，還是從小行星這種古老而原始的太陽系遺跡上采集巖石樣本，并帶著這些記錄了太陽系起源和演化歷史的“時(shí)光膠囊”返回地球。 

　　臨門一腳并不是一帆風(fēng)順的。盡管事先已經(jīng)預(yù)演了三次，也對(duì)著陸區(qū)做了充分的考察，但實(shí)際準(zhǔn)備降落時(shí)卻發(fā)現(xiàn)…怎么沒在預(yù)定的著陸位置上啊！好在遠(yuǎn)在3.5億公里外的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富，在短短5個(gè)小時(shí)里就為隼鳥2號(hào)重新規(guī)劃了降落路線。為了趕上原本計(jì)劃的著陸時(shí)間，隼鳥2號(hào)把第一階段降落速度從40厘米/秒直接提到了90厘米/秒。結(jié)果最終，隼鳥2號(hào)不僅沒有遲到，而且提前了…這完全是出乎意料的。 

　　北京時(shí)間2月22日6:07（也就是日本時(shí)間7:07），隼鳥2號(hào)追平了原本的計(jì)劃，準(zhǔn)時(shí)抵達(dá)了距離龍宮上空45米的位置。再然后，隼鳥2號(hào)只用了22分鐘就抵達(dá)了8.5米上空，而這段距離原本的計(jì)劃需要58分鐘。 

　　6:29，隼鳥2號(hào)順利著陸在龍宮表面的預(yù)定著陸區(qū)L08-E1，比計(jì)劃時(shí)間提前了36分鐘。這一切發(fā)生得太突然了，以至于控制室的很多科學(xué)家們?cè)诖_認(rèn)著陸的那個(gè)短暫的瞬間根本就不在工作崗位上（以為還有半個(gè)小時(shí)才會(huì)著陸嘛）。 

　　6:49，控制室突然收到了隼鳥2號(hào)傳回的確認(rèn)已經(jīng)成功著陸的信號(hào)，全場(chǎng)陷入沸騰。 

確認(rèn)著陸成功瞬間的控制室。來源：JAXA[2]

　　 

　　當(dāng)時(shí)正在看JAXA直播[3]的全世界的愛好者們直接就懵了，因?yàn)橹辈ナ侨照Z的，這也沒按時(shí)間表來，所以完全不知道是突然發(fā)生了啥…直到隨后的英語翻譯解釋了，才知道是確實(shí)著陸成功了。總之，有驚無險(xiǎn)地，隼鳥2號(hào)成功著陸在龍宮表面并完成了采樣，而且實(shí)際著陸點(diǎn)非常精準(zhǔn)，和預(yù)定著陸區(qū)中心只偏離了1米。 

隼鳥2號(hào)第一次著陸采樣點(diǎn)。漢化自：JAXA[4] 

　　精準(zhǔn)著陸 

　　一顆距離地球3.5億公里外的探測(cè)器，在一顆直徑約900米的小行星上，著陸位置精度達(dá)到了1米，可以說是航天版的“百步穿楊”了…怎么能做到這么準(zhǔn)的？除了精準(zhǔn)的測(cè)控技術(shù)，反復(fù)的模擬演練之外，不得不提的還有隼鳥2號(hào)根據(jù)龍宮的實(shí)際情況精心規(guī)劃的著陸方案。 

　　不管是隼鳥2號(hào)還是當(dāng)年的隼鳥號(hào)，在著陸采樣之前都會(huì)先投下一個(gè)標(biāo)記球（TM），標(biāo)記球可以反射光，這樣隼鳥號(hào)就可以通過對(duì)標(biāo)記球打光來輔助自己定位，也就是說這個(gè)標(biāo)記球相當(dāng)于是一個(gè)小型燈塔。隼鳥號(hào)攜帶了3個(gè)標(biāo)記球，而隼鳥2號(hào)一共帶了5個(gè)標(biāo)記球。 

隼鳥2號(hào)攜帶的5個(gè)標(biāo)記球。2018年10月24日-26日期間的第三次采樣演習(xí)里投下了B號(hào)球。漢化自：JAXA[5] 

　　但隼鳥號(hào)和隼鳥2號(hào)在實(shí)際采樣時(shí)有一個(gè)很大的區(qū)別，那就是隼鳥號(hào)是投下標(biāo)記球即刻降落采樣，而隼鳥2號(hào)則是在幾個(gè)月前的第三次采樣演習(xí)（TD1-R3）時(shí)就投下了第一個(gè)標(biāo)記球B號(hào)球，而計(jì)劃的著陸區(qū)L08-E1距離標(biāo)記球也不遠(yuǎn)，所以為了避免投下兩個(gè)標(biāo)記球造成干擾，隼鳥2號(hào)決定直接用這個(gè)標(biāo)記球來“照路”。 


龍宮上已投下的標(biāo)記球TM位置和預(yù)定著陸區(qū)L08-E1位置，著陸區(qū)范圍是一個(gè)直徑6米的圓形區(qū)域。來源：JAXA[6] 

　　因此，隼鳥2號(hào)采用了精確著陸采樣方式（pinpoint touchdown），這是與隼鳥號(hào)完全不同的著陸方案。 



隼鳥號(hào)和隼鳥2號(hào)的著陸方案區(qū)別。漢化自：JAXA[7] 

　　另一方面，由于小行星龍宮表面崎嶇不平，為了保障著陸安全，不讓探測(cè)器被地上的石塊磕壞，隼鳥2號(hào)選擇依照實(shí)際地形起伏，傾斜降落采樣。 

隼鳥2號(hào)選擇的著陸姿態(tài)。漢化自：JAXA[7] 

　　短兵相接 

　　北京時(shí)間2月22日6:29，隼鳥2號(hào)順利著陸在龍宮表面的預(yù)定著陸區(qū)L08-E1。說是“著陸”，其實(shí)只是探測(cè)器長(zhǎng)長(zhǎng)的采樣桿短暫接觸到了龍宮表面。 

隼鳥2號(hào)的采樣桿位置和底部視圖。來源：JAXA[1, 3] 

　　砰！ 

　　一顆質(zhì)量5克，直徑8毫米的鉭質(zhì)子彈以300米/秒的速度從采樣桿中飛出，射向龍宮表面。 

（左）隼鳥2號(hào)采樣桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)和子彈發(fā)射裝置，（右）2015年于JAXA相模原分部進(jìn)行的模擬撞擊試驗(yàn)裝置，注意子彈是傾斜打出的。來源：JAXA[8] 

　　彈筒和子彈長(zhǎng)這樣▼ 


隼鳥2號(hào)的子彈發(fā)射裝置和子彈。來源：JAXA[9] 

　　這電光火石的一剎那，龍宮表面發(fā)生了什么？我們可以通過項(xiàng)目組的2018年12月地面撞擊試驗(yàn)拍攝的視頻想象一下。 

　　正常速度版▼ 

 

 

 

　　2018年12月28日，隼鳥2號(hào)項(xiàng)目組在東京大學(xué)TeNQ實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的撞擊試驗(yàn)。來源：JAXA[10] 

　　慢速+放大版▼ 

 

  

 

　　2018年12月28日，隼鳥2號(hào)項(xiàng)目組在東京大學(xué)TeNQ實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的撞擊試驗(yàn)。每秒420幀，14倍速慢放，局部放大版。來源：JAXA[10] 

　　其實(shí)，這種模擬撞擊龍宮表面的實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目組之前早就做過。但那些都是在隼鳥2號(hào)尚未抵達(dá)龍宮，人們對(duì)龍宮表面還一無所知的時(shí)候，因此那些實(shí)驗(yàn)都是在假設(shè)龍宮表面有細(xì)小顆粒的沙土覆蓋的情況下進(jìn)行的。 

　　然而，去年9-10月間投下巡視器MINERVA-II1和著陸器MASCOT之后（詳情參見：進(jìn)擊的隼鳥2號(hào)），仨先頭兵登上龍宮一拍，發(fā)現(xiàn)…龍宮表面是真的沒啥平整的地方…都是石塊，那有啥小顆粒的沙土啊…也就是說…之前的模擬實(shí)驗(yàn)并不能體現(xiàn)子彈撞擊龍宮表面的實(shí)際情況… 

 

2018年9月23日，巡視器MINERVA-II-1B在著陸階段和著陸后不久拍攝的照片，即使在這么近的情況下看，龍宮表面也都是遍布石塊的。來源：JAXA[11] 

　　這…這么多石頭，子彈還能給力么？得…還得再做一次實(shí)驗(yàn)才能放心…于是就有了2018年12月的這次高度仿真的模擬龍宮撞擊試驗(yàn)。 

　　為了盡可能真實(shí)地模擬子彈撞擊龍宮表面的樣子，這次地面實(shí)驗(yàn)采樣了和隼鳥2號(hào)實(shí)際攜帶的子彈相同批次出廠的完全一樣的子彈，還根據(jù)釋放著陸器和巡視器了解的龍宮表面最新的地質(zhì)情況，用與龍宮表面石塊成分、大小、強(qiáng)度最接近的模擬石塊來作為接受撞擊的表面。 

　　2018年12月28日，隼鳥2號(hào)項(xiàng)目組在東京大學(xué)TeNQ實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的撞擊試驗(yàn)設(shè)備和材料，其中模擬龍宮表面材料的石塊，是參考地球上能觀察到的和龍宮上的物質(zhì)最像的碳質(zhì)球粒隕石制備的，而大小、形態(tài)和強(qiáng)度則參考了釋放著陸器和巡視器了解的龍宮表面最新的地質(zhì)情況。來源：JAXA[10] 

　　模擬打子彈的結(jié)果嘛，就是上面兩個(gè)視頻了。而實(shí)際射出子彈的樣子，地球上的我們是無法直接看到了。不過幸運(yùn)的是，隼鳥2號(hào)攜帶了一個(gè)專門用來跟蹤采樣桿的小型監(jiān)視相機(jī)CAM-H，這個(gè)相機(jī)全程從采樣桿頂端的（上帝）視角記錄下了這場(chǎng)短兵相接。 

 

 

 

　　影像開始于最后降落階段（final descent）的59秒之前，總拍攝時(shí)間5分40秒，包括降落、接觸采樣和上升三個(gè)階段。視頻是5倍速快放。來源：JAXA[12] 

　　如果還覺得不夠刺激的話，這里還有個(gè)精華版▼ 

 

降落、接觸采樣和上升三個(gè)階段。來源：JAXA[13] 

　　這場(chǎng)電光火石的短兵相接，其實(shí)僅僅持續(xù)了1秒鐘。 

　　也就是說，隼鳥2號(hào)在6點(diǎn)29分10秒接觸龍宮表面之后，就瞬間完成了打槍和采樣，隨即自主上升，離開龍宮表面。6點(diǎn)30分，正在上升的隼鳥2號(hào)拍下了這場(chǎng)“暴行”留下的痕跡，也宣告了這場(chǎng)“劫掠”的圓滿成功。 

 

2019年2月22日7:30（日本時(shí)間），隼鳥2號(hào)的光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)ONC-W1在距離龍宮表面約25米處拍下了龍宮表面的樣子。來源：JAXA、東大等[14] 

　　多普勒助力 

　　在下降著陸的最后階段，由于需要調(diào)整探測(cè)器的姿態(tài)傾斜采樣，那么原本的高增益天線就不能指向地球方向了，所以在這幾十分鐘時(shí)間里，隼鳥2號(hào)只能借助低增益天線傳回的多普勒頻移信號(hào)來了解隼鳥2號(hào)的動(dòng)態(tài)。 

隼鳥2號(hào)著陸采樣流程和時(shí)間。來源：JAXA[3] 

　　實(shí)踐證明，多普勒頻移數(shù)據(jù)是深空探測(cè)中可靠的好幫手，它可以幫助我們精準(zhǔn)探知探測(cè)器相對(duì)于龍宮的速度變化，我們也就可以推測(cè)隼鳥2號(hào)每個(gè)階段的是否按照計(jì)劃順利進(jìn)行了。

 

隼鳥2號(hào)降落采樣期間的多普勒頻移數(shù)據(jù)，注意標(biāo)注時(shí)間是日本時(shí)間。來源：JAXA[3] 

　　事實(shí)上，最早確認(rèn)隼鳥2號(hào)順利完成著陸并開始上升，也是多普勒信號(hào)告訴我們的。 

來源：twitter@haya2e_jaxa[15] 

　　乙姬公主的寶箱 

　　說到底，隼鳥2號(hào)到底是如何通過發(fā)射子彈來收集龍宮樣本的？這簡(jiǎn)直是藝術(shù)品一樣的精巧設(shè)計(jì)！采樣桿內(nèi)部的整體設(shè)計(jì)繼承于隼鳥號(hào)，也是通過子彈撞出的碎屑彈射進(jìn)頂部的樣本收集裝置來獲得樣本。這也解釋了為什么會(huì)使用鉭質(zhì)子彈——這樣即使子彈的物質(zhì)混入龍宮的碎屑，也能輕易分辨開來，不讓樣本受到不可控的污染。 

　

漢化自：JAXA[6] 

　　但采樣桿內(nèi)部很多細(xì)節(jié)方面都做了改進(jìn)，例如樣本收集裝置的密閉性變得更好，可以把揮發(fā)性氣體和惰性氣體都原封不動(dòng)地帶回地球了[17]。 

　　還有一個(gè)重要的改進(jìn)之處，是隼鳥2號(hào)的采樣桿底部被設(shè)計(jì)成回褶狀，這樣那些1-5毫米大小、沒有被彈進(jìn)頂端收集裝置的“漏網(wǎng)之魚”，也可以先一網(wǎng)“兜住”，等上升中的探測(cè)器突然減速的時(shí)候，這些樣本就有機(jī)會(huì)因?yàn)閼T性再次被送入收集器里去，絕不放過一點(diǎn)點(diǎn)珍貴的樣品。 

　

采樣桿底部設(shè)計(jì)。漢化自：JAXA[6] 

　　等等，隼鳥2號(hào)一共計(jì)劃采樣三次，怎么只有一個(gè)樣本收集器呢？那三次的樣本不就混了么？完全不會(huì)！因?yàn)闃悠肥占{器里面也大有玄機(jī)。 

　　隼鳥2號(hào)的收納器內(nèi)部被分成了3部分（隼鳥號(hào)是分成2部分）。 

　　第一次采樣的樣本會(huì)被直接送到A室，收集完畢之后，轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)筒，關(guān)閉A室。 

　　第二次采樣的樣本直接被送入B室，收集完畢之后照樣關(guān)閉B室。 

　　第三次采樣的樣本被送入C室。 

　　安排得明明白白的。 

樣本收納裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)和樣品收納方法。來源：JAXA[6] 

　　我們提過好多次，隼鳥2號(hào)的探測(cè)目標(biāo)——小行星“龍宮”這個(gè)名字來源于日本民間故事《浦島太郎》（うらしまたろう）（詳情參見：童話之鄉(xiāng)——小行星“龍宮”上的名字）。故事里的浦島太郎被海龜帶往海底龍宮，在龍宮受到了公主乙姬的熱情款待，回到人間的時(shí)候帶回了一個(gè)寶箱（日語“玉手箱”）——寓意隼鳥2號(hào)也能從小行星帶回珍貴的信息。 

　　而首次采樣成功的隼鳥2號(hào)項(xiàng)目組，也把這次著陸采樣區(qū)命名為“玉手箱采樣區(qū)”（Tamatebako），宣告隼鳥2號(hào)已經(jīng)順利從乙姬公主手中收下了珍貴的寶箱。 

　

　　新版龍宮地圖，右側(cè)赤道處是玉手箱采樣區(qū)。來源：JAXA[16] 

　　What's next? 

　　隼鳥2號(hào)原本的計(jì)劃是進(jìn)行3次采樣，并在3次采樣之前投下一枚重達(dá)14公斤、內(nèi)有炸藥的撞擊器，通過炸藥爆破在龍宮上產(chǎn)生一個(gè)巨大的撞擊坑，采集龍宮地表以下的深層物質(zhì)。 

　　然而，一方面由于龍宮表面并沒有原本預(yù)料的那么平坦安全，采個(gè)樣真挺費(fèi)勁的；另一方面第一次采樣已經(jīng)圓滿成功，底氣也有了。 

　　所以隼鳥2號(hào)決定在4月4-6日期間先投下撞擊器；如果撞擊器投下順利的話，將在5月以后進(jìn)行人工撞擊坑附近的第二次采樣；7月以后釋放最后一個(gè)巡視器MINERVA-II2；第三次著陸采樣很可能就取消了… 

　　最終，隼鳥2號(hào)將于今年11-12月動(dòng)身離開龍宮，并于2020年末帶著乙姬公主的“寶箱”返回地球。 

 

參考文獻(xiàn)：

　　[1] 「はやぶさ２」のイラスト改訂 http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20190328_illustration/

　　[2] TPS | Hayabusa2 has touched down on Ryugu!  http://www.planetary.org/blogs/jason-davis/hayabusa2-touches-down.html

　　[3] 隼鳥2號(hào)第一次著陸采樣直播  （日語）https://www.youtube.com/watch?v=WmPQmVVtE5A  （英語）https://www.youtube.com/watch?v=qeMwAdquDYM

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

　　[5] JAXA | TD1-R3運(yùn)用スケジュール  http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20181024_TD1-R3_Schedule/

　　[6] タッチダウン地點(diǎn)  http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20190220_TDPoint/

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

　　[8] はやぶさ2による小惑星レゴリス試料採(cǎi)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

　　[9] 合運(yùn)用／虎視眈々と準(zhǔn)備を ─ サンプラ  http://www.isas.jaxa.jp/feature/hayabusa2/haya2_08.html

　　[10] リュウグウに弾丸を撃ち込め！  http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20190214_Experiment/

　　[11] MINERVA-II1が撮影した畫像、第2弾！  http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20180927_MNRV/

　　[12] 「はやぶさ２」搭載小型モニタカメラ撮影映像 / Hayabusa2 Touch down movie  https://www.youtube.com/watch?v=-3hO58HFa1M

　　[13] TPS | Watch Hayabusa2's incredible touchdown on asteroid Ryugu   http://www.planetary.org/blogs/jason-davis/hayabusa2-touchdown-video.html

　　[14] JAXA | タッチダウン直後の畫像  http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20190225_TD1_W1image/

　　[15] https://twitter.com/haya2e_jaxa/status/1098716880490115072

　　[16] TPS | Hayabusa2 Scores a Bulls-eye on Touchdown, More Explodey Fun on the Horizon  http://www.planetary.org/blogs/jason-davis/hayabusa2-touchdown-recap.html

　　[17] http://global.jaxa.jp/projects/sat/hayabusa2/pdf/sat33_fs_23_en.pdf

短兵相接，隼鳥2號(hào)著陸采樣夠刺激

圖文簡(jiǎn)介

摘要：北京時(shí)間2019年2月21日下午12:45，隼鳥2號(hào)終于從懸停位置開始下降。JAXA的隼鳥2號(hào)探測(cè)器，正在面臨它一生中最重大的考驗(yàn)。它花了三年半時(shí)間，跋涉數(shù)十億公里，來到這顆名叫“龍宮”、直徑只有約900米的小行星。它已經(jīng)出色完成了多項(xiàng)科學(xué)考察，順利投下著陸器和巡視器。它的終極目標(biāo)，還是從小行星這種古老而原始的太陽系遺跡上采集巖石樣本，并帶著這些記錄了太陽系起源和演化歷史的“時(shí)光膠囊”返回地球。