探测器列传：42.隼鸟号
22:29 Share

了解科学 爱上科学 欢迎收听科学时评话咱们书接上文呢上文书讲到了日本人发射了一颗损鸟号探测器它的目标是拜访一颗叫做斯川的小行星这颗小行星它本来不叫这个只是有一个临时的编号叫 1998SF36

是美国空军 NASA 以及麻省理工学院的林肯实验室一块搞了一个近地小行星研究小组英文的缩写呢叫 Linear 这个小组呢是 1998 年成立的目标就是对近地小行星进行一下梳理特别是要关注那些对地球有威胁的小天体

这个计划就采用了电子计算机控制进行自动观测所以它的效率非常高 1998SF36 这颗小行星就是这个计划的一个成果它的编号含义是 1998 年 9 月下半月发现的第 906 颗小行星日本

日本人原先选择的探测目标不是它是海神星 4660 但是因为探测器出了问题它不得不延期就错过了发射窗口了没办法就只能换一个目标就换成了 1989ML 但是日本人这个探测器它始终搞不利索它又延期了

这目标窗口呢又一次被错过了没办法就只能再换目标呗就把目标换到了这颗 1998SF36 在火箭发射了以后日本人才把这个小行星改名为四川小行星就是纪念日本的火箭科学之父叫四川英夫这个损鸟号啊其实在探测器里边不算大它的重量大概是 510 公斤这体积呢差不多就是一台大冰柜那么大吧

太阳能电池板展开以后大概是 5 米长开发费用是 1.34 亿美元相对日本来讲已经是很豪横了但是相对美国人来讲那就不算什么这颗探测器是由日本人自己研发的 M5 火箭发射的有关这个 M5 运载火箭咱们就得多说几句了这种火箭的起飞重量是 140 吨它是一个纯固体的运载火箭

可以把 1.8 吨的载荷运送到 250 公里高的椭圆轨道上而且呢这个东西它不是纯竖着发射的它是斜着发射的这玩意怎么看怎么像是个洲际导弹其实呢固体运载火箭和洲际导弹的差异是很小的它其实就是一回事也就是那一层窗户纸的问题而已你就说日本人安的是什么心吧

扯远了怎么扯回来还是说正事啊这个西川小行星呢属于阿波罗小行星这种阿波罗小行星的轨道和地球轨道是有交叉点的所以它们有一定的几率和地球恰好相遇这个西川小行星的轨道在地球和火星之间不算远也不算近因为西川小行星的轨道是个椭圆所以它的近地点很靠近地球轨道因此呢

对地球的安全也有一定危险了但是这类小行星就比较容易探测它离得近这颗损鸟号探测器可以说是一路之上坎坷不断刚出门就遇到了麻烦 2003 年的 5 月 9 号损鸟号从日本洛尔岛的内支浦宇宙空间观测所发射升空可是刚发射没多久这发动机就出毛病了

四台离子推进器其中一台坏了那没办法呀其他三台就得加加班多努力多分担一些任务否则它就完不成任务了呀损鸟号的一大创新就是用离子发动机作为轨道修正发动机这东西日本人也是初学扎练它也不太熟练

因为这个探测器实在是太小了能带的燃料不多因此就不得不提高这些燃料的使用效率也就是提高发动机的比冲听过我以前讲航天使的小伙伴们一定也明白比冲这个概念就相当于汽车的百公里耗油率

走相同的距离你的百公里耗油率越低你需要带的油就越少那么哪种发动机的比冲是最高的呢那就是离子发动机也叫做电火箭发动机日本人用的这种离子发动机呢是他们自己研发的这种发动机的大致工作原理是这样的这个探测器上呢带了不少的仙气就是仙气大灯那个仙气啊

先用高频微波对这些仙气进行电离也就是说把仙气原子里边的那个电子全给我扯出来只剩下仙的原子核这样的话就变成了带电离子了然后送到真空室里面去用电极对这些带电离子进行加速等加到足够高的速度达到每秒钟 30 公里

然后就让这些带电粒子进入中和室把前面那些扯下去的电子再还给人家让人家变成中性的鲜原子然后从后边喷出去那么为什么要让这些带电的正离子重新挂上一大堆电子变成中性的原子呢这就是为了让喷出去的那些气体比较听话比较好控制你想啊一大群带正电的原子核

互相之间它会产生排斥的喷出去以后会散的呀你不能让它散开呀离子发动机的最大特点就是效率极高但是推力很小所以这东西又有个外号叫做老鼠放屁它仅用极少量的气体就可以长时间产生推力你千万不要小看这点推力只要加速的时间足够长还是会对探测器的轨迹产生重大影响的

不过为了尽量节省燃料这个探测器还是尽量要利用地球本身来进行加速也就是引力弹弓所以日后损鸟号还会一次又一次的路过地球

到了 11 月份这损奖号又遇上麻烦了这是主要太阳不给面子太阳发生了一个超大规模的药班爆发导致损奖号的计算机内存出错了而且呢太阳能电池板也出问题了被烧坏了这个离子发动机的能量来源呢就是电力先期只是工质现在电量少了它的加速能力就严重降低了

到了 2024 年的 5 月 19 号这个损鸟号就再次和地球相遇了利用地球进行了加速到了 2005 年 7 月份这个损鸟号就遇到了西川小行星他第一次给这个小家伙拍了很多照片这家伙真的很小这西川小行星长得像一烤白鼠嘛长度 500 多米粗细大概 200 多米

它就是不规则的长条中间打了个弯就在这个节骨眼上这个探测器负责调整姿态的 X 轴反应轮怪了我们要知道一个探测器要想保持三轴稳定才能够精确的对准某个天体进行拍照你在空中打转转那就甭拍了

调整自身的朝向靠的就是探测器上的反应轮你也可以认为这是一种特殊的陀螺仪这个电动机带动这个轮子正转那探测器本身就反转这叫反作用力嘛你让反应轮刹车那探测器本身它也就刹车了这样一来呢就可以精密控制探测器的方向

那既然你是三轴稳定就必须 XYZ 三个轴各有一组反应轮来负责那为什么说叫各有一组呢是因为为了可靠起见这种反应轮你不能只有一个你万一坏了你连备份的都没有我也不知道日本人是怎么搞的为什么 X 轴反应轮他只有一个坏了就坏了是吧

那现在 X 轴的反应轮它已然是坏了那怎么办呢那就只能用发动机来调整 X 轴的姿态说实话用发动机干这种事实在是不太划算因为燃料是很宝贵的呀在探测器上它是不可再生资源的你用一点可就少一点但是没办法谁让你坏了呢

探测器在一点一点的接近目标到了 2005 年的 9 月 12 号距离目标就只剩下 20 公里了但是万万没想到啊到了 10 月 2 号这个损鸟号的外轴反应轮它也失效了你三轴稳定哎你坏了两个轴啊你这活没法干了呀那就只能死马当活马医啊这两个轴全靠发动机来负责了

好在呢它那个离子发动机的推力非常小用发动机来进行精确控制也还可以做得到如果你是化学火箭那火箭一开喷那力气就太大了你想精确调整姿态就不太可能了

进入到了 2005 年的 11 月份这个时候孙酿号就开始要尝试着陆到四川小行星的表面了但这个时候探测器和地球的距离已经非常遥远了即便信号以光速来回它也会有几分钟的延迟了而且探测器上的那口锅恰好它没有对准地球方向所以信号非常弱

地面上的科学家可以说是连蒙带猜他们也不知道现在探测器处于什么状态自己发过去的指令有没有生效啊到底执行了没有他们根本就没有办法及时的知道因此就只能放慢节奏就发出一个指令咱先等半天等到有多种迹象确认了再发出下一个指令到了 11 月 12 号

这个损鸟号已经下降到距离小行星表面仅仅 55 米的地方结果在这个关键时刻这损鸟号它又开始掉链子了它停在这个位置上没有继续往下靠近不知道这个损鸟号发射这一天是不是没看过黄历啊它每一步走的都不顺

你别忘了啊这可是有信号延迟的啊你别忘了啊这个信号还在断断续续哦所以地面人员压根就不知道这个损鸟号到底距离小猩猩有多远地面人员就在稀里糊涂的状态下让这个损鸟号释放了一个一公斤重的微型着陆器这个着陆器叫米涅娃米涅娃就是这个智慧女神的名字

大家肯定也都知道基本的物理学知识啊啥叫牛顿定律啊啥叫作用力和反作用力啊你往下发射了这么一块砖头那对探测器它也是有反作用力的结果这个探测器因为这一下震动就忽忽悠悠飘走了这探测器的姿态这么一改变扔进去那块砖头方向也歪了它也没砸中小行星也就飘到太空里去了没办法

我估计当时日本地面控制人员都已经进入抓狂状态了这到底怎么办呢那就只能硬着头皮上啊到了 11 月 20 号这个孙鸟号又一次靠近了这个四川小行星这回的距离只剩下 10 米了这时候这个探测器它又停了而且计算机还死机了它自动进入安全模式

哎呀你这个不重启是不行了呀我就纳闷你怎么经常卡在这种不上不下的位置你怎么就不乐意下去呢我估计啊当时地面上的日本人都已经冒了一脑的白毛汗了他们赶紧发指令啊让探测器放弃着陆马上开发动机远离但是没办法呀你发过去的指令都是有延迟的呀

等了半天日本人查看探测器发送回来的信号哎这探测器怎么自己坐在小行车上了它什么时候下去的这探测器是打算玩独走啊还是玩下课上啊你怎么就这么不听话呢但是大家可别忘了哦

先前发出去的那个让它上升的指令还没撤回呢这玩意没法撤回了是吧这损鸟号又从小鸡星上自己蹦起来了你瞧这事闹的等到恢复通信这探测器已经跳到 100 公里之外了地面上的控制人员赶紧从探测器上往回传数据看看这段时间究竟发生了什么事

后来发现这个探测器着陆的时候依然是安全模式这个模式是没有办法进行取样的但是呢这个探测器一屁股坐下去的时候也许会见起一点灰尘落到那个菜园罐里这事就不好说了

等到了 11 月 26 号这个损鸟号第二次触碰了小行星四川只是触碰了一秒钟就啪的一下弹进来了到底踩了多少样实在是不好说但不管怎么说吧所有的规定动作所有的流程全都走完了一遍了那个采样的罐子也彻底封闭了

接下来嘛这个探测器就要开始远离小行星了就开始上升了到距离小行星表面五公里的时候大家发现坏菜了这个损氧号的燃料一直在泄漏等到了第二天这个毛病还越来越严重了因为泄漏的燃料实在太多现在发动机也不怎么好使了想调整姿态也调不成即便是想维持姿态想让那个天线大锅对准地球方向都已经很困难了

到了 12 月 9 号这个孙奖号就彻底和地球失联了按理说呀你完成取样以后就应该立刻踏上回家的路程了现在是肯定没戏了呀日本人只能宣布返回计划延期你不延期还怎么办呢是吧这个日本人他可不是那个财大气粗的美国人他没有那么多钱呢发个探测器弄得跟心肝宝贝似的

所以日本人的那种轴劲就上来了真是有点不抛弃不放弃的意思但是目前他们什么也做不了只有傻等这一条路了因为地球和四川小行星它都不是静止不动的如果说双方的相对运动恰好运行到某个角度让地球路过了通信天线对准的那个方向说不定双方的通讯还能恢复

不过呢这是小概率事件因为大家不知道这个损角号探测器还能不能维持自身的状态如果不能维持你在空中打滚的话那就不一定指向哪个方向了就不一定能对得上是吧日本人就天天开着大天线在那慢慢听慢慢等

等来等去一直等到 2006 年的 1 月 23 号在失联了 46 个日夜之后地球上的基站终于听到了损鸟号发出的信号这就说明

损鸟号还活着呢日本人这颗悬着的心终于放到肚子里了趁着现在天线的方向还比较正确赶紧发指令让损鸟号发送信标信号持续发射信标信号的话有助于大天线找到它因为现在损鸟号姿态还不太稳定天线的指向会缓慢飘移通信窗口就非常窄

后来地面人员又等了三天三天以后他们再次抓到了这个损钾号的信号损钾号开始汇报自己的状态到了此时此刻地面人员确定这太阳能电池的输出功率非常低 11 个内部蓄电池坏了 4 个探测器上的燃料真的也没剩下多少了

一直到 2 月 6 号根据指令这个损角号再次启动了离子发动机开始一点一点调整姿态让整个探测器的姿态稳定下来慢慢的把天线对准了地球这个损角号终于恢复了常态

正因为这个损鸟号剩下的燃料实在太少了所以现在是什么都不能做你只能傻乎乎的等着它绕太阳绕一圈然后自己接近地球再开发动机变轨

这种等待也是很煎熬的一直等到 2007 年 4 月 25 号这损鸟号才开始正式返航到了 2007 年 10 月 18 号它的发动机第一次开机变轨到了 2009 年 2 月 4 号完成第二次变轨

你要想节省燃料那就没办法就只能看着它慢慢自己瞎溜达到了 2009 年的 11 月 4 号还在工作的三台离子发动机又坏了一台剩下两台也是部分损坏好在呢坏的地方还不太一样双方可以互补一下拼拼凑凑继续工作

到了 2010 年的 4 月份,孙酿号进入了返回地球 60 天倒计时,还剩下两个月了啊,这时候它距离地球还有 2700 万公里,能不能精确的返回地球大气层就看这最后一哆嗦了,这个时候可以说是失之毫厘差之千里啊。

在回家前的最后两个月里的这个损钾号终于是不负众望进行了四次轨道调整这四次调整还是比较成功的它

它准确地飞进了返回地球的轨道最后是在距离地球 4 万公里的高度上扔下了返回舱因为损氧号是从遥远的星际轨道返回所以它的速度特别快超过了第二宇宙速度这个返回舱是带着全套的隔热装备带着降落伞的它可以靠大气层减速在万米高空打开降落伞缓缓落地

但是损鸟号本体它就不行了它就只能烧毁在大气层里面地面人员给它发了最后一个指令就是让它在空中为地球拍一张照片可惜损鸟号也没有时间去完成这个任务这时候损鸟号就像流星一样是真的化作了一缕青烟在大气层里烧石殆尽返回舱则安全的落在了澳大利亚的大沙漠里面至此损鸟号算是功德圆满

后来日本人还专门为这枚探测器拍摄了一部电影名字就叫《损鸟归来》大家有兴趣不妨找来看一看这枚探测器在一路之上真是三灾八难遇了个别实在是难为日本人了日本的研究人员把这个返回舱回收回去首先把外边擦擦干净因为这返回舱已经烧得乌七八糟了

然后返回舱送进无尘操作间还得利用 CT 断层扫描确认这个采样的罐子内部没有漏气还保持着真空状态

进入这个密封仓进行研究的人员不分男女一律禁止使用任何化妆品头发都得用帽子给兜起来不能有丝毫外露密封仓里所有的东西不能拿手碰必须用仪器进行操作整个环境充满了氮气因为氮气可以认为是一种惰性气体了到现在为止大家还不知道这个采样的罐子里面到底有什么采集物到底抓了些什么东西回来

打开罐子以后发现这罐子里边有十几颗直径一毫米左右的尘埃颗粒再仔细看看那侧帮子上似乎还粘着一些十微米左右的小颗粒要看清楚这些尘埃颗粒就必须把它们放到显微镜底下一个一个去挑

因为尘埃颗粒太小你没有办法用镊子去镊那只能用一种非常细的特浮龙探针靠静电把一颗一颗的颗粒吸在上面否则你没法操作

就这么折腾了几个礼拜以后研究人员数出了 1500 多颗尘埃颗粒你不要以为把这些颗粒挑出来就完事了你还得证明这些颗粒和地球上的颗粒它是不一样的因此还需要一个对照组

当时在澳大利亚去接回探测器返回舱的时候科学家们在现场安装了空气样本采集器而且在返回舱的周围也采集了一些灰尘样本用这些样本和密封罐子里那些小颗粒做对比只有这样才能确定这些颗粒的的确确是来自于四川小行星至于发表论文公布一些研究成果那就不知道等到猴年马月了

后来根据 X 光的分析结果大家在这些小颗粒之中发现了橄榄石、斜长石等等岩石的大型结晶跟地球上发现的一种太空陨石的成分是很相近的而且也可以确定四川小行星实际上遭遇过高温过程是不是让人给撞了那这就不好说了

对了在这些尘埃颗粒之中没有找到任何有机物的痕迹也就是说这颗小天体和生命那是扒杆子打不着一点关系都没有孙酿号的坎坷经历在日本歌界呢引起了轰动这是妥妥的励志传奇啊是吧如果不轰动的话也没人替他拍电影是吧日本的航天机构啊其实日子过得紧巴巴的手头真没多少钱这

这种轰动效应多多少少影响了日本政府对于太空事业的拨款所以日本的航天机构才有机会才有钱去研发损鸟二号不过这个损鸟二号是后话了我们以后再说对了这个 2004 年欧洲人发射的这个罗塞塔号到底飞到哪了有关这档子事咱们下回再说科学声音