文/遲惑

在我們的印象里，外星漫游車應(yīng)當(dāng)是那種裝著6個(gè)輪子和升降式光電塔，在外星球布滿了巖石的粗糙表面上緩緩行進(jìn)的小車子。但是隼鳥2號(hào)探測(cè)器所攜帶的漫游器卻是蹦著走的。這是不是有點(diǎn)搞笑？

然而這是技術(shù)上正確的選擇。龍宮小行星的質(zhì)量比月球還要小很多。物體在這里不會(huì)得到足夠的引力，任何輪子都不能保證牢固抓地。而引力小能帶來另外一個(gè)好處，彈跳力很小的設(shè)備就能蹦得很遠(yuǎn)，所以，還不如用蹦跳機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)漫游器的運(yùn)動(dòng)。

蹦跳的彌涅爾瓦

早在“隼鳥1號(hào)”計(jì)劃期間，就攜帶了一個(gè)小型的蹦跳漫游器前往糸川小行星。這個(gè)漫游器名叫“微納實(shí)驗(yàn)型小行星機(jī)器人”，英文簡(jiǎn)寫作MINERVA，正好是希臘神話里智慧女神彌涅爾瓦的名字。不過這臺(tái)機(jī)器人扔下去就失聯(lián)了，只傳回了一張“隼鳥1號(hào)”太陽(yáng)能電池的照片就杳無音信。

日本宇宙與航空開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的科研人員檢查有關(guān)數(shù)據(jù)之后，發(fā)現(xiàn)這只是設(shè)計(jì)制造不完善的結(jié)果，總體方案還是行得通的。因此在“隼鳥2號(hào)”上，JAXA一口氣裝了3臺(tái)第二代“微納實(shí)驗(yàn)型小行星機(jī)器人”（MINERVA-II），分別是兩臺(tái)日本空間科學(xué)研究所與日本會(huì)津大學(xué)聯(lián)合研制的MINERVA-II-1，一臺(tái)日本東北大學(xué)、東京電機(jī)大學(xué)、大阪大學(xué)、山形大學(xué)和東京理科大學(xué)聯(lián)合研制的MINERVA-II-2。這就是我們?cè)谇拔闹刑岬降膱A柱形漫游器。

▲ MINERVA-II-1漫游器特寫

▲ 移動(dòng)式小行星表面探測(cè)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，綠色的就是擺錘

2018年9月 22日，MINERVAII1的兩臺(tái)探測(cè)器從60米高度——“龍宮”引力很小，不會(huì)摔壞——被扔到了這顆小行星表面。在下降過程中，MINERVA-II-1上的相機(jī)發(fā)回了好幾張充滿動(dòng)感的照片。降落到“龍宮”表面之后，MINERVA-II-1會(huì)啟動(dòng)一種叫做“扭矩器”的設(shè)備?！芭ぞ仄鳌睂?shí)際上是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大的電機(jī)。根據(jù)角動(dòng)量守恒的原理，當(dāng)物體內(nèi)部的某個(gè)部分產(chǎn)生了角動(dòng)量，其他部分就會(huì)產(chǎn)生相反的角動(dòng)量。在這部分角動(dòng)量的驅(qū)動(dòng)下，MINERVA-II-1的底板會(huì)對(duì)星球表面產(chǎn)生反作用力，把自己彈起來。底板是一個(gè)能低速旋轉(zhuǎn)的圓盤，“扭矩器”就裝在上面。通過調(diào)整圓盤的角度，就可以讓MINERVA-II-1向不同的方向蹦跳，然后自由落體降落在另一個(gè)位置。通過調(diào)節(jié)“扭矩器”的磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以改變彈跳的速度，最大可以達(dá)到每秒9厘米。但是絕不能超過“龍宮”的逃逸速度，否則MINERVA-II-1就會(huì)跳進(jìn)宇宙里回不來了。這種蹦跳方式很難精確控制，但是考慮到“龍宮”是一顆陌生的星球，處處是未知，落到哪里都可以獲得科學(xué)成果，不精確也是可以接受的。

兩只MINERVA-II-1漫游器及其容器總質(zhì)量為3.3千克，容器尺寸22.5厘米×22.5厘米×20.5厘米。單個(gè)MINERVA-II-1漫游器質(zhì)量為1.1千克，直徑18厘米，高7厘米。每個(gè)漫游器上攜帶了一臺(tái)廣角相機(jī)、一臺(tái)立體相機(jī)、一臺(tái)溫度傳感器和光電二極管，以及相應(yīng)的姿態(tài)敏感器件。

MINERVA-II-2的體積要比MINERVA-II-1大一些，達(dá)到15厘米×16厘米，質(zhì)量卻只有1千克。它在宇宙飛行期間同樣收納在一個(gè)容器里，容器尺寸為17.5厘米×17.5厘米×20.5厘米。它所攜帶的儀器類型和MINERVA-II-1基本相同。

3臺(tái)MINERVA-II漫游器的側(cè)面和頂面都貼有太陽(yáng)電池，最大功率只有2瓦。它們的內(nèi)部還裝有蓄電池，但只能工作幾分鐘。如果只是給計(jì)算機(jī)和傳感器供電，太陽(yáng)電池的功率還是夠用的，但在實(shí)施跳躍或者向母星發(fā)射信號(hào)的時(shí)候，就必須要?jiǎng)佑秒姵乩锏碾娏Α?/p>

只掄一次的MASCOT

除此之外，“隼鳥2號(hào)”上還有一臺(tái)法國(guó)航天局和德國(guó)宇航中心聯(lián)合研制的“移動(dòng)式小行星表面探測(cè)器”（MASCOT）。

MASCOT的運(yùn)動(dòng)方式腦洞更大。它是一個(gè)四四方方的盒子，尺寸30厘米×30厘米×20厘米，質(zhì)量11千克。在它的內(nèi)部，裝著可見光相機(jī)、紅外波譜儀、磁力計(jì)和近紅外高光譜顯微鏡。這四件科學(xué)儀器加起來的質(zhì)量只有3千克，其他8千克中，除了結(jié)構(gòu)框架，就是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)了。2018年10月2日，MASCOT從“隼鳥2號(hào)”上沿著一個(gè)傾斜的坡道滑出，掉落在“龍宮”上。MASCOT啟動(dòng)各個(gè)方向上的敏感器，首先判明自己的姿態(tài)，然后開始翻跟頭。在它的內(nèi)部，裝著一個(gè)能轉(zhuǎn)動(dòng)的擺錘。當(dāng)它轉(zhuǎn)動(dòng)起來，就會(huì)把自己“掄”出去。

然而MASCOT并不打算在“龍宮”表面來回打滾，它沒有太陽(yáng)能電池，只能靠自己攜帶的電池工作，而且設(shè)計(jì)續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)達(dá)12個(gè)小時(shí)，所以沒有多少電力可以用來運(yùn)動(dòng)。它只“掄”自己一次，只要恢復(fù)到設(shè)計(jì)的姿態(tài)，讓所攜帶的科學(xué)儀器能正常工作，就再也不動(dòng)了。為了一次就掄到位，擺錘裝在了盡量遠(yuǎn)離總體重心的位置，這樣就能用盡量少的能量實(shí)現(xiàn)有效翻滾。

目前這四臺(tái)儀器都已經(jīng)在“龍宮”表面正常工作，為我們發(fā)回了相當(dāng)多有價(jià)值的信息。

眼下，“隼鳥2號(hào)”還在繞著“龍宮”飛行拍攝，炮打小行星的歷史性一刻還沒有到來。這也可以算是2019年航天領(lǐng)域一件值得期待的事情了。