星尘号：从彗星飞越到样品返回

1999年2月7日，星尘号从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角17A发射台升空，进入绕日航行。它的目标是飞越维尔特2号彗星（81P/Wild 2），收集彗发中的尘埃，再把样品送回地球；途中还用另一面收集器捕获穿过太阳系的星际尘埃候选颗粒。任务不要求在彗核着陆。

美国国家航空航天局以发现计划组织这项任务，喷气推进实验室负责管理，华盛顿大学的唐纳德·布朗利任首席研究员，彼得·邹（Peter Tsou）任副首席研究员。丹佛的洛克希德·马丁航天系统公司设计、建造并操作探测器。研究团队需要把航天器导航、微粒捕获和地面样品分析安排在同一条任务链上。

参考：[1] [3]

探测器发射质量约385千克，包含约46千克的返回舱和85千克推进剂，由德尔塔Ⅱ型火箭发射。设计既采用新的低密度气凝胶捕获技术，也利用已有硬件：导航相机结合旅行者任务的备用部件、伽利略任务的传感器设计及更新的电子器件。

网球拍状收集器两面分别用于彗星尘埃和星际尘埃。二氧化硅气凝胶的密度由表及里增加，使高速颗粒沿细长轨迹减速，便于研究者以后寻找颗粒。防护盾保护主舱；尘埃通量监测器记录撞击的次数和尺度，另一个分析仪则利用撞击产生的离子进行飞行时间质谱分析。后者由德国团队研制，芬兰气象研究所参与软件开发。

参考：[1]

星尘号在2000年及2002年两度展开星际尘埃收集，2001年1月15日借地球引力改变轨道。2002年11月2日，它飞越小行星安妮·弗兰克，借此演练后来彗星遭遇所需的地面操作和机载程序。

2004年1月2日，探测器以约每秒6.1千米的相对速度飞越维尔特2号，近距离穿过彗发，拍下72幅彗核图像。图像显示陡壁、凹地及多股活动喷流；尘埃撞击并非均匀增加再减少，而是出现密集颗粒群与空隙相间的情况。最近遭遇后约六小时，收集器折回返回舱，样品被封存，等待两年后的地球交会。

参考：[1]

2006年1月15日世界时05时57分，返回舱与主探测器分离。约四小时后，它进入地球大气层，依靠隔热盾及降落伞减速，于10时10分降落在犹他州试验与训练场。母船另行实施避让机动，继续绕太阳飞行。因此，样品落地并不是整艘探测器返回地面。

返回的彗星样品含一万余颗微米级颗粒。地面研究不只检查气凝胶末端保存的碎屑，也分析铝框上的撞击痕迹。捕获本身可能使颗粒破碎或加热，判断原有成分时必须把这些效应分辨出来。约两百名研究者参加早期分析，使同一批样品能接受不同仪器和方法的交叉研究。

参考：[2] [3]

布朗利等人在2006年的初步研究中报告，样品含橄榄石、辉石及其他高温矿物，也含有机物。它们并不是一批成分完全一致、未经任何加工的星际细尘。团队认为，某些在太阳星云内侧高温区形成的物质后来被输送到彗星形成的外侧区域。

这使问题从“彗星是否保存早期物质”推进到“不同来源的物质怎样混合”。样品可以与陨石及遥测光谱比较，也能继续交给更先进的显微镜和质谱仪研究。初步结果支持大尺度物质输运，却没有单凭一批颗粒确定唯一的输运机制。

参考：[2]

母船随后承担星尘号后续探测任务（Stardust-NExT）。2011年2月15日世界时，它在约181千米距离飞越坦普尔1号彗星，返回72幅图像，用于与深度撞击任务的观测比较，并辨认该任务留下的撞击坑。

2011年3月24日，团队安排最后一次耗尽推进剂的发动机点火，实际持续146秒。工程人员把记录用于检查燃料消耗模型；当天太平洋夏令时16时33分，最后通信结束。从1999年发射、2004年采样、2006年返回舱落地到2011年停止操作，星尘号把飞越观测、实物分析和重复访问连接成一项持续十二年的任务。

参考：[3] [4]