鸑鷟鹓雛　徐蒙

對未知的探索總是充滿危險和不確定性。大航海時代，無數(shù)風帆折戟深海;早期的飛行史，無數(shù)飛機折翼藍天;當人類的腳步延伸至太陽系時，又有一些探測器像斷了線的風箏一樣杳無音信……

和航海、航空不同的是，為了飛得更高、看得更遠，絕大多數(shù)航天探測器都不會把燃料消耗在“飛回來”這件事上。對它們來說，這場太陽系的航行是一條不歸路，一旦開始便義無反顧。畢竟，能重回地球懷抱的幸運兒少之又少。

然而，有這樣一個幸運兒，它是一只不屈服于命運的“不死鳥”，在探索人類從未涉足過的陌生地帶時，雖遭受摧殘，甚至一度和地面失去聯(lián)系，但仍然頑強地堅持下來，大難不死，在人類的幫助下，帶著珍貴的小行星樣本返回了地球。

這只傳奇的“不死鳥”就是日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）的“隼（sǔn）鳥號”小行星探測器！

在隼鳥號功成名就之后，“隼鳥”家族又添一名得力干將——隼鳥2 號小行星探測器。這枚探測器正在追隨前輩的腳步，探索一片未知之地——目標小行星“龍宮”，今年，隼鳥2號便會攜帶“龍宮”的禮物返回地球。

今天，我們先來介紹“隼鳥”家族的第一位成員——隼鳥號探測器。

堅毅勇敢的“隼鳥號”

命途多舛卻大難不死的隼鳥號，是世界上第一個成功從小行星采集樣品并返回地球的探測器，也是第一個成功在小行星表面停留并離開的探測器。在諸多光環(huán)的背后，是隼鳥號辛酸的“傷病史”：電能供應不盡人意、接二連三的故障、發(fā)動機罷工、燃料泄漏……這些“傷病”差點兒毀掉隼鳥號，甚至一度使隼鳥號與地球失聯(lián)。然而，隼鳥號奇跡般地戰(zhàn)勝了一個又一個困難，歷經(jīng)3年艱辛的歸家之路，最終成功返回了地球。

隼鳥號

這只堅毅勇敢的“不死鳥”只是一個長1.6米、寬1.1米、高1米的立方體，重量僅有510千克，通常相同壽命的人造地球衛(wèi)星重量都在一兩噸左右。身材嬌小且貌不驚人的隼鳥號要啟程前往的探測目標也只是一顆名不見經(jīng)傳的小行星—小行星25143號“絲川”。這顆小行星是以“日本火箭之父”絲川英夫的名字命名的。

其實，隼鳥號原本打算探測的是小行星4660 Nereus，但因為探測器設計出了些問題，需要延期發(fā)射，于是探測目標改成了2號備選探測目標——小行星1989 ML。此后，火箭又出了問題，不得不再次延期，這時1989 ML也飛遠了，最終科學家只好選定當時軌道位置適合的3號備選探測目標—小行星“絲川”。

小行星“絲川”非常小，僅有535米長、294米寬、209米高。這個尺寸僅為9個國家體育場“鳥巢”的大小?！敖z川”也成為當時人類主動探測的最小的天體。隼鳥號不僅要飛到“絲川”表面，還要采集樣品返回地球——這是1972年美國阿波羅載人登月并采樣返回之后，人類再也沒有完成過的挑戰(zhàn)。

“絲川”并不位于我們熟知的、介于火星和木星之間的小行星帶中，而是近地小行星的一支——阿波羅型小行星中的一顆。阿波羅型小行星的軌道通常為橢圓形，既和小行星帶相交，又和地球軌道相交（因此阿波羅型小行星也是對地球最有威脅的一類小行星）。也正因如此，部分阿波羅型小行星接近地球的時候距離非常近，這也使得阿波羅型小行星成為相對容易探測的一類小行星。

阿波羅型（Apollo）小行星的軌道

2003年5月9日，隼鳥號從日本鹿兒島內之浦宇宙空間觀測所發(fā)射升空。然而發(fā)射后不久，超強的太陽黑子爆發(fā)，隼鳥號的一部分太陽能帆板失效，太陽能電量供應下降。雪上加霜的是，它的蓄電池后來也有一部分損壞了。不過，這些故障對于隼鳥號后來的遭遇而言只是波折命運的“開胃小菜”。

隼鳥號從日本鹿兒島內之浦宇宙空間觀測所發(fā)射升空

禍不單行

2004年5月19日，隼鳥號再次飛掠地球，為什么離開地球之后又一次飛回來呢？隼鳥號和地球都只是恰好繞太陽兜了一圈，兜圈怎么能算“回頭”？就是一直向前走的呀！在兜圈的過程中，隼鳥號可以借助地球的引力助推提高自己的效率，節(jié)省燃料、節(jié)約成本。不僅如此，為了實現(xiàn)低成本、低燃料消耗，隼鳥號還使用了新技術——離子推進發(fā)動機。這種發(fā)動機并不是在隼鳥號上首次使用的，但像隼鳥號這樣如此長時間使用和驗證離子推進發(fā)動機的卻不多見，這也正是隼鳥號要完成的一個科學目標。離子推進發(fā)動機目前的推力相比常見的化學能發(fā)動機要小得多，但它非常節(jié)省燃料，因此可以降低燃料的重量。離子推進發(fā)動機在太空中長時間的加速性能能夠滿足航天器的使用，因此有望成為未來長距離航天器的首選發(fā)動機類型。

隼鳥號前期軌道

不過，現(xiàn)在回頭看，隼鳥號的曲折經(jīng)歷無一不和離子推進發(fā)動機有關。2005年7月29日，隼鳥號的儀器首次拍攝到目標小行星“絲川”，這標志著隼鳥號已經(jīng)快要接近目的地了！然而僅僅過了兩天，隼鳥號就出現(xiàn)了第一個大問題——x軸姿態(tài)控制功能失靈，此時的隼鳥號就相當于一架不能控制自己左右轉彎的飛機?，F(xiàn)代的航天器大多采用的是三軸控制的方式，即通過內部控制器的調整，穩(wěn)定航天器在x、y、z三個坐標軸上的方位，保證航天器在漫無邊際的空間中維持自身的相對穩(wěn)定。姿態(tài)調整的一個簡單的例子是我們熟悉的飛機，當飛機需要左右轉向（x軸）、左右翻滾（y軸）或上下俯仰（z軸）時，就需要調整飛機的飛行姿態(tài)，航天器也是如此。好在，一個方向上的姿態(tài)控制功能失靈還不算太糟，隼鳥號可以用自己的發(fā)動機調整自身姿態(tài)。

2005年9月12日，隼鳥號離目標小行星“絲川”僅相距20千米，官方宣布隼鳥號順利抵達目的地。然而禍不單行，10月2日，隼鳥號的y軸姿態(tài)穩(wěn)定功能也失靈了?！安∏椤奔又氐啮励B號無法求醫(yī)，只能硬扛。

日本隼鳥號小行星探測器傳回地球的照片

隼鳥號抵達小行星

進入11月，隼鳥號開始了多次充滿不確定性的著陸。由于著陸時通信天線無法對準地球，因此這段時間地球和隼鳥號之間是失聯(lián)的。外加此時地球和小行星“絲川”之間的距離較遠，因此光速的信號傳輸回來也會有幾分鐘的延遲。這就導致了地面控制中心對隼鳥號的情況一無所知——科學家不知道它有沒有著陸，也不知道發(fā)過去的指令有沒有生效。11月12日，隼鳥號下降到距離小行星表面僅55米的地方，原本準備著陸的隼鳥號發(fā)生了故障，停在了半空中，不知情的地面工作人員錯誤地評估了此時隼鳥號的狀態(tài)，人為操縱隼鳥號釋放了1千克重的微型著陸器“密涅瓦”。

隼鳥號

由于此時著陸器距離“絲川”表面過高，而“絲川”自身的引力又非常小，因此在這個高度下釋放的“密涅瓦”逃逸到了太空之中，著陸失敗。不過這和接下來的事故相比，并不算什么。11月20日，隼鳥號首次“觸摸”到了小行星“絲川”。不過，這又是一次充滿未知的著陸。隼鳥號因不明原因的故障在10米高的半空中停留，并進入安全模式，此時地球基站發(fā)出放棄著陸和上升的指令。然而，還沒等隼鳥號收到這一指令，它就自行降落在了小行星“絲川”的表面。隨后在上升狀態(tài)中，隼鳥號才收到來自地球基站的上升指令，而另一邊的地球基站也才收到隼鳥號的著陸狀態(tài)確認……這尷尬的延遲使多少工作人員為之揪心！

11月26日，隼鳥號第二次“觸碰”到小行星“絲川”，并完成了采樣回收。隨后，它再次上升，升到距離“絲川”表面5千米時，隼鳥號終于確認了一直以來的燃料泄漏問題。確認之后的第二天，隼鳥號的“病情”加重了！由于燃料泄漏多時，電池因失溫幾乎喪失能量，主發(fā)動機也沒有足夠的燃料可用，隼鳥號一時無法調整姿態(tài)，逐漸失控。而姿態(tài)失控意味著隼鳥號的天線將無法對準地球，無法與地球保持通信。12月8日，隼鳥號與地球徹底失聯(lián)！12月14日，JAXA宣布隼鳥號的返回計劃延期。

不拋棄、不放棄，成為接下來的奮斗目標，這不僅是對地面工作人員的勉勵，也是對隼鳥號的期待。隼鳥號在失聯(lián)狀態(tài)下，姿態(tài)會持續(xù)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。然而在這些不穩(wěn)定狀態(tài)中，隼鳥號會有一定概率處在可以與地球進行短時間通信的特定姿態(tài)，這時候地面工作人員就可以嘗試人為啟動它的離子推進發(fā)動機了。另一方面，地球自身也在公轉，因此地球的視角也在不斷地變化。總而言之，就是希望能有幸聯(lián)系上正在亂轉的隼鳥號，并幫助它恢復有序狀態(tài)。地面工作人員此時能做的，就是不斷地搜尋可能由隼鳥號發(fā)出的信標信號。

等待的過程是煎熬的，很多探測器在失聯(lián)之后就再無音信，工作人員不知道要等待多久，也不知道遙遠的隼鳥號此時正在經(jīng)歷什么。2006年1月23日，失聯(lián)了46個日夜之后，地球基站最終等來了隼鳥號的消息！

能夠收到信標信號，說明隼鳥號的系統(tǒng)還在正常工作，還能進行一定的姿態(tài)調整。于是地面工作人員發(fā)出指令讓隼鳥號再次發(fā)送信標信號，3天后地面就收到了隼鳥號的“回應”。2月6日，根據(jù)指令，隼鳥號又啟動了離子推進發(fā)動機，一步步進行了姿態(tài)調整，并將天線對準了地球。

“不死鳥”的歸家之路

大難不死的隼鳥號還有個終極目標——返回地球?？刹∪敫嚯恋啮励B號還能繼續(xù)這場旅程嗎？

隼鳥號再入大氣層的壯觀場面

2007年4月25日，隼鳥號正式開始返航。2007年10月18日，完成回歸之旅的第一次變軌。2009年2月4日，完成第二次變軌。2009年11月4日，離子推進發(fā)動機D發(fā)生故障。不僅如此，發(fā)動機A、B也分別有一部分器件發(fā)生故障。幸好發(fā)動機A、B損壞的部分不—樣，地面工作人員將兩個發(fā)動機正常工作的部分拼湊成“一臺”可用的發(fā)動機。最終，隼鳥號憑借僅剩的AB組合發(fā)動機和發(fā)動機C，勉強向著地球狂奔。

2010年4月，隼鳥號進入返回地球的60天倒計時，此時它距離地球還有2700萬千米，從這個距離飛向地球所需的精準程度堪比太空狙擊手。不過，頑強的“隼鳥”不負眾望，在最后的兩個月中，它進行了4次軌道調整，精準地飛入了地球軌道。在返回地球的倒數(shù)第3天，隼鳥號在距離地球40000千米的高度釋放了返回艙，準備投入地球的懷抱。

2010年6月13日，隼鳥號返回艙返回地球，速度高達12千米/秒，比普通返回式衛(wèi)星和載人飛船返回艙的速度還要快。如此高速飛入大氣層，返回艙需要耐受和隔離大氣摩擦產(chǎn)生的高溫，這個溫度是載人飛船和航天飛機都難以承受的。

隼鳥號主體本可能就此漂泊于太陽系，就像同為采樣返回任務的“星塵號”一樣，但它最終選擇了回歸地球，不過這個選擇的代價是墜入大氣層燒毀。隼鳥號再入大氣層的畫面十分震撼，高速摩擦產(chǎn)生的視覺效果如同高空綻放的煙花般絢爛，隼鳥號就在這“煙花”之中完成了自己的使命，而它的返回艙安全墜落在預定的澳大利亞沙漠中。

在此之前，從沒有一個無人探測器，經(jīng)歷過這么多艱難坎坷還能絕處逢生。隼鳥號的不屈歷程，鼓舞著每一個人。日本人為這段探測經(jīng)歷拍攝了電影《隼鳥歸來》，在電影海報上這樣寫道：

60億千米的距離，2592個日日夜夜，

這場宇宙之旅，

只為歸來。

為隼鳥號制作的歌曲中則唱道：

高色吧，隼鳥號！

即使折斷翅膀，

仍要懷抱夢想。

直到見到故鄉(xiāng)的天空，

直到燃盡最后的軀殼，

也要對地球母親說聲“我回來了”。