突破諸多技術(shù)障礙 日本成功登陸小行星

據(jù)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(jī)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(shí)現(xiàn)表面探測器在小行星上登陸?！北本├砉ご髮W(xué)自動化學(xué)院副教授曾祥遠(yuǎn)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(zhuǎn)周期約為7.6小時。” 曾祥遠(yuǎn)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)?！褒垖m”在地球和火星之間的軌道上運(yùn)行，被認(rèn)為含有水和有機(jī)物，與約46億年前地球誕生時的狀態(tài)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(shù)障礙？

“弱引力場是人類進(jìn)行小行星探測的障礙之一?！痹檫h(yuǎn)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(tǒng)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(jié)構(gòu)，還有較為平坦的區(qū)域，而“龍宮”這類的小行星往往由于風(fēng)化原因，表面被沙石覆蓋，地形復(fù)雜，也不適合傳統(tǒng)的輪式探測車執(zhí)行任務(wù)。

“此次成功著陸的兩個微型機(jī)器人均內(nèi)置動量輪，以適應(yīng)‘龍宮’表面的微弱引力和復(fù)雜地形。基于系統(tǒng)近似動量守恒，內(nèi)置動量輪轉(zhuǎn)動時，微型機(jī)器人也會向相反的方向轉(zhuǎn)動，從而彈跳起來，每次彈跳時間約為15分鐘，以此實(shí)現(xiàn)探測器在小行星表面的移動，從而獲取相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！痹檫h(yuǎn)進(jìn)一步指出，微型機(jī)器人直徑約為18厘米，高度約7厘米，質(zhì)量約為1.1千克，是“矮胖”型圓柱體，攜帶著相機(jī)、溫度計(jì)等設(shè)備，可以拍攝小行星表面照片并收集溫度等信息，配合后續(xù)將登陸的“智慧女神-II2”探測器攜帶的加速度計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)以及紅外光譜儀等探測儀器，將獲得小行星的表面物質(zhì)組成、地質(zhì)分布、地形細(xì)節(jié)等信息。此外，“隼鳥二號”計(jì)劃總共進(jìn)行3次采樣任務(wù)，其中2次采樣目標(biāo)為“龍宮”表面物質(zhì)，還有1次采樣任務(wù)與以往不同，為爆破采樣，即炸開地表，采集地表以下的物質(zhì)，預(yù)計(jì)2020年采樣返回。

事實(shí)上，小行星探測領(lǐng)域仍面臨諸多難點(diǎn)。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(fù)雜，探測器在沙地和巖石上的彈跳軌跡不一，能否準(zhǔn)確彈跳到人類感興趣的地點(diǎn)，仍是世界性難題。其次，多目標(biāo)任務(wù)仍需優(yōu)化設(shè)計(jì)。一次發(fā)射、探測多顆小行星這樣的多星交匯探測任務(wù)能夠大大節(jié)省航天成本、提高深空探測效率，然而該技術(shù)目前尚不成熟。此外，新型探測軌道也亟待開發(fā)。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(diǎn)上空長時間懸停飛行，便可獲得傳統(tǒng)的繞飛形式無法探測到的科學(xué)數(shù)據(jù)。

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?yōu)楹稳绱藷嶂蕴骄啃⌒行悄?？“天文學(xué)界普遍認(rèn)為，在太陽系形成早期，小行星就已經(jīng)出現(xiàn)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?！痹檫h(yuǎn)表示，目前人類開展深空探測，最關(guān)心的問題是太陽系如何演化形成諸多行星，行星如何促進(jìn)前生物物質(zhì)的形成，如含碳有機(jī)物、水等，最終如何衍化出生物和人類。小行星探測或?qū)⒄业教栂?、行星甚至生命起源、演化的線索。