以返回样品为目标的技术试验

2003年5月9日,日本宇宙科学研究所的MUSES-C探测器搭乘M-V-5固体火箭,从鹿儿岛内之浦发射。太阳电池翼和取样喇叭展开、姿态控制得到确认后,探测器进入行星际航路,并被命名为隼鸟号。任务后来由日本宇宙航空研究开发机构继续运行,目标是探访近地小行星丝川,将能够明确对应其来源的物质带回地球。

矢野创、藤原显和川口淳一郎在发射后的技术摘要中,把近距离测绘、接触取样与返回后的分析列成连续流程。航天器携带多色相机、近红外光谱仪、X射线荧光光谱仪和激光测距仪;这些仪器既研究小行星,也帮助选择接触地点。原定2007年回收的计划,后来因故障延至2010年。

参考:[1] [2]

接近丝川后看见的地表

隼鸟号以离子发动机积累航行所需的速度变化,并在2004年5月飞近地球借力。2005年9月12日,它结束接近阶段,在距离丝川约20千米的位置开展定点观测,随后逐步移近和改变观察方向。这样的小天体探测,需要把精细姿态控制、测距与图像导航配合起来。

藤原显等人在2006年论文中报告,丝川三个正交方向的尺度约为535、294和209米,估计整体密度约为每立方厘米1.9克。低密度、高孔隙率、遍布巨石的外观和整体形状,共同支持它是碎块重新聚集形成的天体。平滑区域又与低重力势区相对应,提示撞击震动与物质移动曾重塑表面;这些解释来自多种测量的组合,而非仅凭一张照片。

参考:[2] [3]

接触完成,取样机构未按计划工作

预定取样方式是一触即走:取样喇叭碰到地面后,以弹丸撞击表面,把飞起的碎屑导向收集器,再封装进返回舱。发射时的技术说明还计划释放小型跳跃机器人MINERVA,并以反光目标标记辅助下降导航。实际执行中,MINERVA没有落到丝川,主探测器的两个姿态控制反作用轮也先后失效。

隼鸟号仍在2005年11月进行了两次接触。按世界时,日期为11月19日和25日,对应日本时间20日和26日。第二次接触原应发射取样弹丸,但后续数据表明这一动作很可能没有发生。因此,接触表面与按设计完成主动取样不能混为一谈;最终是否获得物质,要等返回容器的检查才能回答。

参考:[1] [2]

从失联和发动机故障中返回

接触后的推进剂泄漏引起姿态、供电和通信的一连串问题。探测器一度翻滚,通信断续,地面直到2006年1月23日才重新建立联系。工程人员恢复可用系统,2007年封闭样品收集器,将其收进返回舱,并安排离子发动机推动返航。

2009年,仅存的可用离子发动机也出现故障。团队把一台发动机的离子源与另一台的中和器组合使用,使剩余推进得以继续。2010年6月13日,探测器释放返回舱;本体在再入中烧毁,返回舱则展开降落伞,落在澳大利亚伍默拉试验场。七年的飞行结束时,运输任务获得了可供实际开舱检查的结果。

参考:[2]

回到地球后才确认的岩石颗粒

2010年11月16日,日本宇宙航空研究开发机构公布样品鉴别结果。研究人员用特制刮片从收集器A室取出颗粒,再进行扫描电子显微镜观察与分析,认定其中约1500颗属于岩石颗粒,绝大多数来自地球之外,并可归于丝川小行星。它们大多小于10微米,操作和分配样品需要专门技术。

这一消息把两个相隔数月的阶段连接起来:6月返回的是封闭容器,11月确认的是容器中物质的来源。尽管原定弹丸取样没有顺利实现,实际带回的微粒仍让遥感观测与地面矿物分析有机会互相校验。隼鸟号由此取得了小行星物质返回的成果,同时留下了导航、取样和长期故障恢复各环节的具体经验。

参考:[4] [1] [2]