突破諸多技術障礙 日本成功登陸小行星

突破諸多技術障礙 日本成功登陸小行星

據報道，北京時間9月22日凌晨，日本“隼鳥二號”探測器向小行星“龍宮”釋放了兩個微型機器人“智慧女神-II1A”和“智慧女神-II1B”。“這是人類歷史上首次完全成功地實現表面探測器在小行星上登陸。”北京理工大學自動化學院副教授曾祥遠在接受科技日報記者采訪時表示。

日本為什么選擇“龍宮”這顆小行星？“‘龍宮’小行星編號為1999JU3，直徑約1公里，自轉周期約為7.6小時。” 曾祥遠告訴記者，“龍宮”為存在撞擊地球潛在威脅的小行星，與地球最近距離僅為10-4AU(AU為地球與太陽的平均距離)。“龍宮”在地球和火星之間的軌道上運行，被認為含有水和有機物，與約46億年前地球誕生時的狀態相近，極具研究價值。

此次探測器成功登陸“龍宮”，突破了哪些技術障礙？

“弱引力場是人類進行小行星探測的障礙之一。”曾祥遠表示，“龍宮”表面的重力加速度約為地球的十萬分之一，其表面逃逸速度量級為cm/s，此時，傳統探測器如果在小行星表面遇到顛簸或者陡坡，極易彈跳或者翻車，甚至其速度直接超過逃逸速度，成為一顆圍繞小行星飛行的軌道器，因此探測月球、火星等的輪式探測車幾乎無法在小行星上使用。此外，月球、火星等行星表面多為巖石結構，還有較為平坦的區域，而“龍宮”這類的小行星往往由于風化原因，表面被沙石覆蓋，地形復雜，也不適合傳統的輪式探測車執行任務。

“此次成功著陸的兩個微型機器人均內置動量輪，以適應‘龍宮’表面的微弱引力和復雜地形。基于系統近似動量守恒，內置動量輪轉動時，微型機器人也會向相反的方向轉動，從而彈跳起來，每次彈跳時間約為15分鐘，以此實現探測器在小行星表面的移動，從而獲取相關實驗數據。”曾祥遠進一步指出，微型機器人直徑約為18厘米，高度約7厘米，質量約為1.1千克，是“矮胖”型圓柱體，攜帶著相機、溫度計等設備，可以拍攝小行星表面照片并收集溫度等信息，配合后續將登陸的“智慧女神-II2”探測器攜帶的加速度計、磁強計以及紅外光譜儀等探測儀器，將獲得小行星的表面物質組成、地質分布、地形細節等信息。此外，“隼鳥二號”計劃總共進行3次采樣任務，其中2次采樣目標為“龍宮”表面物質，還有1次采樣任務與以往不同，為爆破采樣，即炸開地表，采集地表以下的物質，預計2020年采樣返回。

事實上，小行星探測領域仍面臨諸多難點。首先，表面探測器的彈跳軌跡控制難度大。小行星表面地形復雜，探測器在沙地和巖石上的彈跳軌跡不一，能否準確彈跳到人類感興趣的地點，仍是世界性難題。其次，多目標任務仍需優化設計。一次發射、探測多顆小行星這樣的多星交匯探測任務能夠大大節省航天成本、提高深空探測效率，然而該技術目前尚不成熟。此外，新型探測軌道也亟待開發。小行星的自旋周期較短，如果能夠利用太陽帆提供控制力，使得軌道器在人類感興趣的地點上空長時間懸停飛行，便可獲得傳統的繞飛形式無法探測到的科學數據。

日本成功登陸小行星“龍宮”掀起了深空探測的又一熱潮，那么人們為何如此熱衷探究小行星呢？“天文學界普遍認為，在太陽系形成早期，小行星就已經出現在浩瀚宇宙中了，因此小行星較為完整地保存了太陽系早期信息。”曾祥遠表示，目前人類開展深空探測，最關心的問題是太陽系如何演化形成諸多行星，行星如何促進前生物物質的形成，如含碳有機物、水等，最終如何衍化出生物和人類。小行星探測或將找到太陽系、行星甚至生命起源、演化的線索。