从设想到研制

阿波罗任务之后,加州理工学院的唐纳德·伯内特与喷气推进实验室的太阳物理学家玛西娅·诺伊格鲍尔,开始讨论把太阳风带回实验室分析。早期的月面金属箔实验已经捕获太阳风,但带回的数量尚不能满足一些研究者的需要。

1992年提出的方案原与小行星取样任务结合,起初没有进入获选的十项任务概念;伯内特请求重新考虑后,才取得经费。团队随后得到喷气推进实验室的工程支持,纳德里担任提案负责人,并与伯内特共同领导1994年的竞争。这时方案改称苏斯—尤里,删去小行星取样部分,又获得概念研究资助。1996年,团队以起源号之名再次提出方案,由切特·萨萨基接任提案负责人;1997年获选实施后,他担任项目经理,艾米·尤雷维奇随后出任喷气推进实验室项目科学家。

伯内特担任首席科学家,喷气推进实验室负责管理任务并提供样品容器,洛斯阿拉莫斯国家实验室提供聚集器和监测仪器,洛克希德·马丁公司制造航天器及返回舱。艾琳·斯坦斯伯里担任任务污染控制负责人,喷气推进实验室还承担了收集阵列的制造。

参考:[1] [2] [4]

研究目标与收集装置

起源号要取得可供地面实验室精密分析的太阳物质,用元素丰度和同位素组成研究太阳系形成时的原料。测量目标优先包括氧、氮和稀有气体,科学团队由伯内特领导,约有20名来自大学及研究机构的共同研究者。

收集器利用太阳风离子射入材料表层的过程留下样品。一部分收集总体太阳风,其他阵列分别针对不同类型的太阳风展开;离子和电子谱仪提供数据,星上算法判断所处环境并控制阵列,使流间区、日冕洞和日冕物质抛射的样品能够分开。静电聚集器则把离子汇聚到较小的靶面上,提高氧的收集量。

参考:[2] [5]

发射、采集与返航

本文日期均采用公历。2001年8月8日,起源号由德尔塔火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射。同年11月,它进入围绕日地第一拉格朗日点L1的轨道,随后展开收集器,在地球磁层之外采样。

2004年4月1日,收集装置收起,采样阶段结束;4月22日,航天器点火离开原轨道,经地球背日一侧的L2附近绕行后返回。9月8日,母船释放返回舱,自身另行机动。它后来进入日心轨道,联络维持到12月16日;返回舱的回收与母船运行是两个不同的结束阶段。

参考:[2] [3] [4]

返回舱坠落与调查

原定方案是让返回舱先展开引导伞和翼伞,再由直升机在空中捕获,避免脆弱的样品承受地面撞击。2004年9月8日,返回舱进入大气层后,引导伞没有打开,最终坠落在犹他州试验与训练场。两天后,美国国家航空航天局成立事故调查委员会。

委员会认定,错误设计使重力开关传感器方向倒置,不能感知再入时的减速,因此未能启动降落伞展开程序。报告同时指出,设计审查、验证及后续审查均未发现这一缺陷。调查还发现,项目过度相信沿用的设计,将它视作更可靠、无需同等严格审查的方案。委员会因此建议,对沿用设计也应按新硬件和软件的标准进行审查与验证,并要求试验尽量符合实际飞行状态。

参考:[4] [5]

从碎片中回收样品

坠落后,洛克希德·马丁、喷气推进实验室、约翰逊航天中心及试验场的应急人员赶到现场。他们先处理未起爆的火工装置,再转移科学载荷。

样品容器的底部已与侧壁分离,回收人员把它倒置搬运,利用较完整的盖子兜住碎片。许多收集器碎片小于5毫米见方,小组还花两天用镊子和小铲搜寻下方土壤,尽量记录碎片位置。土壤、烧蚀产物和隔热罩的碳污染了样品,碎裂的硅、锗粉末又覆盖其他收集器,使清理工作更复杂。

参考:[5]

回收后的研究

受损容器被送进洁净室,随后一个月逐步拆解。研究者在回收后的数年中,从残片取得数据,并公布了三种太阳风样品中氩、氖同位素的研究结果。

参考:[3]