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3億公里外,只活17個小時的探測器,曾向地球傳回難以置信的圖片

航空航天技術逐步成熟後,各個國家都有不同程度地進行外太空探索。作為國家力量的一種展示,太空探索對人類意義深遠。在太空裡我們能夠見識到許多難以置信的現象或者景色,這能夠開拓我們的思維和想象力,追朔本源,也許就是新的科學技術發展。

在浩瀚的宇宙裡,對於生命的起源,人類也一直希望在宇宙中得到啟示或者發現。不過長期以來這都很難看到結果,但人類也從來沒有放棄,除此之外,人類出於對未來發展的考慮,例如星際資源開採、地外殖民。太空探索對人類的意義十分重要,至少我們有這個能力,在技術上也在不斷進步。為尋求真理,我們總是不惜代價。

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JAXA

在太空探索上,除了NASA、CNSA、RSA、COSPAR……這些常見的航空航天機構外,還有較為低調,報道較少的JAXA。JAXA全稱為“宇宙航空研究開發機構”,是日本負責航空航天的國家研究發展機構。

JAXA在2003年成立前,是由三個組織分別獨立存在。ISAS負責太空和行星研究,NAL則專注在航空研究方面,NASDA為主要的開發機構。如今的JAXA主要在太空探索、小行星勘測等一些和平專案進行研究,到後來的發展中也擴充套件了一些太空軍事的專案開發,例如導彈預警系統。

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在火箭領域,JAXA主要使用的是H型系列的運載火箭。H型火箭主要由三菱重工和JAXA聯合設計製造,在飛行設計方面主要以短時間、低成本、低風險為主要研發設計思路。H型運載火箭有一個兩級火箭,第一級使用的液氧、液氫作為推進能源,第二級以聚丁二烯驅動作為助推器的燃料使用。

在太空任務中,日本的第一個地外軌道任務是1985年的哈雷衛星觀測,Sakigake也是繼美蘇後之外的國家發射的深空探測器。該探測任務也是為後來的地外探索做準備,日本政府希望在小行星探測上面有更多科學發現。

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隼鳥號

JAXA成立不久後,日本宇宙航空研究所開發機構的小行星探測計劃開始了。遊隼號,也被稱作隼鳥號,該科學衛星成為了進行小行星探索的主要探測裝置。由於日本在戰敗後很多方面都受到了限制,在探測器的開發上,日本的航天機構選擇了自己擅長的部分進行揚長避短。

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早期的小行星探索任務給JAXA提供了許多經驗,在太空探索上,JAXA依舊選擇小行星作為主要的研究目標。目前從世界範圍來看,在小行星探測方面,日本的JAXA是做得比較出色的。

隼鳥號在投入使用後獲得了較大成功,於是JAXA在接下來的改造計劃中,隼鳥2號隨後不久被創造出來。隼鳥2號在技術方面都沿用了隼鳥號的基本配置,動力上採用的是4臺電推進發電機。使用電推力的發電機只需消耗化學燃料的十分之一的耗電量,極大地改善了隼鳥號需要靠化學電能進行互補的劣勢。

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同樣的,與許多衛星探測器一樣,為了保證通訊暢通無阻。隼鳥2號配有4根天線,高頻增益和低頻增益天線,以及備份的中頻增益天線。其他裝置還有定位系統,鐳射高度計,這可以用來協助取樣器判定是否已接觸星體,另外還配有紅外熱成像儀。

“龍宮”

日本對小行星的執著探索其實並不無道理,在研究宇宙形成起因和太陽系的歷史中,小行星可以說是宇宙中的“時間膠囊”。它們大多是太陽系行星或者其他星系形成期間留下的碎片,上面保留著星系形成之初的原始資料,對於生命起源的研究來說,這是十分重要的。

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由於小行星自身不發光,其執行的軌道蹤跡大多比較零散雜亂。即便用天文望遠鏡來觀看,這類小行星也只是一個微弱的亮點,所以想要搜尋合適的小行星進行探索比較困難。

在小行星的分類中,C型小行星是一種含碳的小行星,從結構上看十分普通,在宇宙中存在也是最廣泛的,約佔已知小行星的75%。除了含有水冰、矽酸鹽的D型小行星外,在實際存在的小行星比例裡,由於小行星體的自身黯淡,C型小行星更深入天體主帶外緣,C型小行星的存在比例還可能會更高。

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這類小行星的化學組成與原始的太陽星雲幾乎一樣,都有水合礦物,其科研意義十分深遠。1999年5月,美國林肯近地小行星研究發現了一顆小行星,並命名為1999 JU3。這顆小行星的軌道主要在地球與火星之間,近地點在280萬公里,最遠達到3億公里左右。透過對這顆小行星的資料觀測發現,該小行星在某個時刻有與水接觸過,也適合往返探測。

JAXA在隼鳥1號中雖然有探測過“絲川”這種S型小行星,但絲川的組成基本都是雜亂的岩石。對於新發現的1999 JU3來說,有過水存在的蹤跡無疑顯得更特殊。在後來JAXA正式著手這一探測專案後,便把這顆小行星改名為“龍宮”。

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正式探測

JAXA的隼鳥1號在發現“絲川”後,成功帶回了其樣本。隼鳥1號的成功為JAXA後續的可能任務提供了大量經驗,在後來由於預算導致的延遲發射讓隼鳥2號有了更多的改進,同時還獲得了NASA以及德國航空航天中心的團隊支援,其中就包含高頻增益的Ka波段天線和撞擊器。

在探測的整體思路上面,由於物件是小行星,引力非常小,要想著陸考察有著不小的難度。龍宮僅有1公里的直徑,在相對運動的狀態下,需要一個穩定的姿態來讓探測器降落。

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隼鳥2號的姿態確定控制系統與推進系統能夠很好地保持、矯正飛行器的姿態,光學導航系統除了用於監測小行星地表外還能輔助飛行器勘測地面。有了這些科學儀器的幫助,隼鳥2號便不用擔心各種探測器降落出現各種問題。

在探測器上,JAXA受到來自德國航空航天以及日本大學的幫助,共同設計創造出了一個著陸器偵察機。著陸器被命名為“MASCOT”,其目的是提供背景科學資料,用以完善補充隼鳥2號的遙感資料。另外MASCOT提供的地面資訊是以微觀尺度進行,能夠提供一組特殊的資料。

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在行動方案上,MASCOT有著腦洞大開的方式。它被設計成了一個方形的盒子,重量在11千克,透過隼鳥2號的軌道滑出到龍宮後,便以滾動的方式執行。著陸器裡面裝有一個擺錘,透過自身擺動進行姿態運動,由於龍宮的引力十分小,MASCOT可以輕鬆地在上面“打滾”。不過在續航方面,著陸器原本只設計了12小時的工作時間,但著陸後靠著僅有的電池完成了17小時的探測。

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資料傳回

在觀察方面,探測儀攜帶了近紅外光譜儀,可用於監測小行星地面的水合礦物。如果該小行星的區域有這類物質成分,那麼探測區域的反射光被光譜儀分解後,便能夠透過儀器的波譜分析出來。

根據儀器探測返回的結果來看,“龍宮”上面只有很窄的位置有V型吸收反應。雖然吸收反應有顯示羥基存在,但龍宮上面的吸收特徵微弱,換句話來說,龍宮的水跡存在非常少。這很有可能是因為龍宮作為一個小型天體,在數億年間經受了各種衝擊變質,龍宮的水在這個過程中加熱散失掉了。

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在MASCOT傳回的其圖片中,能夠清楚地看到龍宮的地表有很多凹陷部位,地面有大量的粉末碳。另外還可以看到著陸器的影子,從拍攝時間還能夠推算出龍宮的晝夜交替在七個半小時左右。有了這些資料,研究人員推斷在龍宮的早期運動狀態中,是有可能孕育出生命的,但在長期的撞擊中水分不斷損失,最後成為了今天我們所熟知的樣子。

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在龍宮的本源上,科學家們透過光譜分析得知龍宮並不是一次性形成,而是存在多次撞擊分裂導致。龍宮的原始資料和軌道痕跡表明了它也許來自同一顆小行星母體,龍宮只是其中的碎片之一。

在漫長的歲月裡,這顆小行星的經歷可謂坎坷不斷。著陸器在這17小時裡發回了許多有價值的圖片與資訊,讓人感到難以置信的同時,還令人有些唏噓,龍宮不斷地毀滅與新生,最後終於走向末途。

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未來計劃

隼鳥2號在六年的時間裡圓滿完成任務,在小行星勘測上又提供了許多有科研價值的資訊。在未來的專案計劃中,JAXA決定在2024年度發射MMX探測器進行往返勘測,2025年抵達火衛一後進行樣本採集和地形調查,並與2029年返回地球。

在火星的樣本探測中,除了JAXA還有美國、歐洲,都會計劃在2030年初期帶回火星樣本。如果JAXA能夠率先完成這一成果,無疑又是人類歷史上的一次進步,MMX的往返飛行也會成為未來載人探測的重要基礎。

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結語

透過太空探索,我們能夠了解和發現更多謎題,在科學研究上,各國之間的努力和不同方向的研究也在不斷地完善著我們對外太空的認知。

人類文明發展往往也伴隨著偉大的冒險,就像我們曾經所經歷的大航海時代一樣。宇宙就像是新的大海等著人類去探索,一切的起源和秘密在未來或許都將被發現。

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