太阳系新知 15 | 隼鸟 2 号的着陆囧旅 o(╯□╰)o
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上一期我给你讲了隼鸟号的精彩故事，那个故事只要把真实的事情叙述出来，就是一部电影，连编剧都不需要了。今天，我要给你讲讲隼鸟号的升级版，隼鸟 2 号的旅程，故事依旧精彩。
2018 年 6 月 27 日，地球上的夏至刚刚过去。位于日本神奈川的 JAXA 宇宙科学研究所的控制室内，隼鸟 2 号项目的总负责人津田雄一，与他的 600 位同事们，正焦急地等待着什么。没错，这个时刻到来了！在发射后的 1302 天，隼鸟 2 号经过 3 亿公里的长途跋涉，终于抵达了距离目标小行星“龙宫” 20 公里左右的地方，并且与小行星保持了相对静止。
这一刻，控制室内立刻爆发出热烈的掌声，研究人员们欢呼雀跃——4 年的等待终于没有白费！很快，隼鸟 2 号就传来了第一套珍贵的“龙宫”特写照片。可是，令人万万没有想到的是，当小行星龙宫的地貌逐渐显现出来后，笑容在 43 岁的津田雄一脸上凝固了。他怎么也没有想到，“龙宫”竟然是这个形状，因为他心里最清楚，龙宫这张令人吃惊的“麻脸”，或许会引发灾难性的后果……
那么，“龙宫”到底长什么样呢？为什么小行星的“颜值”对着陆如此至关重要？隼鸟 2 号到底有没有顺利着陆呢？
咱们书归正传，从头讲起。让我们先来认识一下隼鸟 2 号。
基于隼鸟号的教训，隼鸟 2 号做出了一些针对性的改进：
第一个重要改进就是姿态控制系统。隼鸟号有三个用于姿态控制的反作用轮，但在第一次着陆前就坏了两个。隼鸟 2 号增加了一个反作用轮，并且尽量少地去使用它们。
另一个重要改进是燃料和氧化剂管道的走线。隼鸟号有两种走线管道，但遇到问题时都不管用，在第二次着陆后，发生了可怕的燃料泄漏。所以，隼鸟 2 号的化学推进系统进行了优化，具体方式有改进阀门清洗方法和气密性试验、减少焊接位置、审查焊接程序等。
隼鸟 2 号还改进了离子发动机。隼鸟号有 4 个离子发动机，在任务的最后，它们老化严重，坏的坏，伤的伤，最后勉强才拼凑出一个好用的。所以，隼鸟 2 号用等离子体保护放电器的内壁，并且通过加强磁场来降低电子发射所需的电压，来延长发动机的使用寿命，引擎的推力水平也增加了 20% 左右。
我们再来看一下这次隼鸟 2 号探测的目标——小行星“龙宫”。
“龙宫”小行星，1999 年被发现，位于地球和火星之间。龙宫这个名字和隼鸟号拜访的丝川一样，都是日本决定对它进行探索后再起的名字。
这个名字，来源于日本民俗故事——《浦岛太郎》。在故事中，渔民浦岛太郎救了一只乌龟，乌龟为了报恩，将他带到了水下的“龙宫”。浦岛太郎爱上了一位恳求他留下来的公主，三天之后，他希望回到水面。作为一份离别礼物，公主给了他一个盒子，告诉他永远不要打开。回到家后，浦岛太郎震惊地发现 300 年过去了，他认识的每个人都已经死了。在困惑中，他打开盒子，立刻被一团白雾笼罩。当雾消失后，他发现自己变成了一个老人，因为盒子里有他的过去。
不知道大家能不能从这个故事中听出龙宫的寓意。
在故事中，浦岛太郎在“龙宫”的盒子里找到了他丢失的过去，而隼鸟 2 号的目的，也是取得小行星“龙宫”的碎片，并带回地球，希望从中获取太阳系最初的信息。
“龙宫”是一颗 C 型小行星，比隼鸟号探索的“丝川”更加原始，像一颗“时间胶囊”，了解小行星上的物质构成有助于我们更加了解地球和生命的起源。
由此可见，“龙宫”绝对是被寄予厚望的。那么，在出发之前，隼鸟 2 号研究团队对“龙宫”了解多少呢？
通过红外观测，研究团队知道了“龙宫”的直径约为 900 米，表面积有 9 个足球场那么大，大致呈球形。它的反射率很低，仅有 0.05，就像一个圆不隆冬的黑色土豆。
4 年中，隼鸟 2 号不断传回照片，但始终都像打着马赛克，不见庐山真面目。于是，就有了文章开头的那一幕。当隼鸟 2 号距离“龙宫”仅 20 公里，拍下第一张特写近照时，研究人员还真被被吓了一跳——谁都没想到，“龙宫”不是预想中的球形，而更像一个奇异的算盘珠，更可怕的是，“龙宫”有一张麻子脸，上面密密麻麻，满是凹凸不平的岩石。
图：龙宫
为了弄清岩石数量，项目团队用绿色标记出大小在 8-10 米间的岩石。这是一张让人忍不住犯密集恐惧症的图片——到底都是星星点点，荧荧的绿色。
这些岩石的分布事关隼鸟 2 号任务的成败，因为隼鸟 2 号的着陆条件很严格，着陆点必须满足以下几点要求：
表面的倾斜度平均在 30 度以内。着陆时，隼鸟 2 号的太阳能电池板需要与“龙宫”表面平行。如果着陆点部分倾斜，则航天器的姿态也将倾斜，进入太阳能电池的太阳光会减弱。
应有一个直径约 100 米的平坦区域。隼鸟2号自主着陆时，导航制导系统的精度估计约为 ±50 米。因此，为了安全着地，必须具有直径约 100 米的平坦区域。
周围的巨石高度不高于 50 厘米。隼鸟 2 号的下端，有一个从表面收集材料的采样器喇叭，长度约为 1 米。因此，当采样器喇叭的尖端在地面上时，希望巨石的高度为 50 厘米或更小，否则就会有“触礁”的危险。
表面温度低于 97℃。接地点的温度必须低于此极限，以防止由于地面热量导致太空船上安装的设备因过热而失效。
因此，岩石遍布的“龙宫”有一个致命的问题：它不满足着陆条件中的第二点——无法提供一个直径约 100 米的平坦区域。别说 100 米了，甚至连一块直径为 20 米的平坦区域都难以找到。
再回看隼鸟 2 号，它长 1 米, 宽 1.6 米, 高 1.25 米。两边的两个大翅膀——太阳能板，长 6 米, 宽 4.23 米。这个大小相对于龙宫的“岩石丛林”来说，就显得太大了，所以，着陆龙宫最大的难题就是如何才能找到一个“落脚点”呢？
不过，好在天无绝人之路——隼鸟 2 号导航制导系统的精度是可以提高的，现在是 ±50 米，通过练习，或许可以达到 ±20 米，甚至 ±10 米。于是，隼鸟 2 号项目团队兵分两路：
第一路，通过不断测试来提高着陆精度
第二路，仔细研究“龙宫”的地形，努力找出一块适合的着陆地点。
2018 年 8 月 17 日，行动正式开始了。
隼鸟团队在分析了各种地点的巨石分布图之后，把岩石数量较少的 L08 确定为隼鸟 2 号着陆点的第一备选，L07 和 M04 作为后备选项。名称“L”和“M”指的是低纬度（L）和中纬度（M）位置。
这里我要特别说明一下，隼鸟 2 号还有两个小型的附属设备，一个叫小型巡视器，一个叫着陆器，它们俩就像是隼鸟 2 号派出的侦察兵，可以提前在小行星上着陆，为隼鸟 2 号提供更精确的数据。
9 月 21 日，小型巡视器顺利着陆。
10 月 3 日，着陆器顺利着陆。
小任务的接连成功，所有人都震奋不已，暂时从着陆困难的阴霾中走出。而很快，又传来好消息——在隼鸟 2 号项目团队的努力下，着陆范围再一次缩小，圈画出了石块较少的 L08-B 区。正当大家以为万事大吉，隼鸟 2 号着陆无忧时，意外却又发生了。
隼鸟 2 号团队突然宣布：将原定于 2018 年 10 月底着陆的计划，推迟到 2019 年 1 月以后。在 10 月 10 日的新闻发布会上，研究人员无奈地说：“龙宫开始对我们张牙舞爪了。”
这个消息非常的突兀，因为从隼鸟 2 号的官方推特来看，简直完全没有道理，前一篇推特还是一切顺利，怎么就突然推迟了呢？还一下子就推迟了 3 个月？
隼鸟团队官方给出的两个原因是：
一是为了通过现有的数据，更好地了解龙宫的地表条件
二是为了增加隼鸟 2 号的导航精度。
其实，导致计划推迟的导火索，是一个月前的测试中发生的意外。
一个月前，隼鸟 2 号在降落到 600 米处时，自动停止了下落，并且突然和地面失去了联系。地面的研究人员除了等待，毫无办法，等信号恢复后，竟然发现隼鸟 2 号已经自动返回了 20 公里处。这到底是怎么回事儿呢？
隼鸟 2 号失联、自主攀升的行为看似诡异，但原因非常简单，甚至有点好笑——都是因为龙宫太黑了！别忘了，“龙宫”的反射率只有 0.05，在漆黑的宇宙背景下，就像黑人掉进煤堆里一样，很难找到。
而隼鸟 2 号是通过激光来测定距离的，如果龙宫太黑，光反射不回来，探测器无法获取高度，为了躲避风险，就会自动上升。
2018 年 10 月 3 日，着陆器的官方推特曾经有过这样一条推文是这么写的：
“哇！龙宫是如此黑，我无法定位自己。我不得不使用我的摇臂重新定位，所以我可以继续收集科学数据……现在好多了！”
这次意外暴露出一个关键问题：隼鸟 2 号激光测距的定位方法，面对漆黑的“龙宫”有时会失效。有没有一种更好的定位方法呢？
不妨想一想，如果一个黑人掉入煤堆，如何让他迅速被认出？很简单：咧嘴一笑，露出白牙。
隼鸟 2 号精准定位的关键就在于：要在“龙宫”上布置一颗“白牙”，也就是释放会发亮的标记球。隼鸟 2 号只要瞄准“白牙”，就能被精准地引导了。
这个设想很好，但实际操作起来，导航精度能否达到要求呢？这需要谨慎的实验来验证。于是，隼鸟团队进行了两次“排练”。这次，命运向隼鸟 2 号团队露出了微笑，两次排练都进行得非常顺利。
10 月 25 日，隼鸟 2 号利用 LRF（激光测距）的方法，自动下降并悬停在 L08-B 区上空，在“龙宫”上投射出一个小小的影子。然后，像是母鸡下蛋一样，一个圆圆的球体，也就是标记球，从隼鸟 2 号底部释放出来，直直地落在“龙宫”上，滚动了几米。
标记球是用逆向反射材料制作的，能够反射出太阳光，形成一个亮晶晶的光点，虽然只有 10 厘米大小，却是“龙宫”上导航的灯塔。
这一天，隼鸟 2 号项目团队兴奋地在推特上写道：“这个结果取得了巨大的成功！”
现在，隼鸟 2 号成功着陆的一个重要条件：导航定位，已经顺利满足。
但是，隼鸟 2 号依然面临一个大难题，符合要求的着陆地点还是没找到。虽然经过几轮测试和练习后，导航的准确度已经提升到了±15 米，也就是说，符合要求的平坦区域已经缩小到了 30 米。但问题是，L08-B 的直径仅为约 20 米。
幸运的是，这个棘手的问题，也刚好被 10 月 25 日释放的“灯塔”解决了。原来，“灯塔”的存在，为隼鸟 2 号提供了一种“精确触地”的方法，把最终的导航精度提高到了±2.7 米，换句话说，20 米的直径的空间绰绰有余了。
最终，隼鸟 2 号选择了离目标标记较近的 L08-E1 区。这里比 L08-B 区狭窄，宽度为 6 米，刚刚满足隼鸟 2 号现在的导航精度！ 项目团队说：“虽然这个区域的大小只是勉强够用，但我们会尝试在这里触地得分。”
终于，在小小一颗标记球的帮助下，所有难题迎刃而解，隼鸟 2 号已准备就绪，可以迎接最后的光辉时刻了。
2019 年 2 月 6 日，隼鸟 2 号团队在日本宇宙航空研究开发机构东京办事处举行了新闻发布会，向全世界宣布：触地时间定在 2 月 21 日，着陆位置为 L08-E1。
整个过程都没有地面干预，只能靠隼鸟 2 号自己。
2 月 21 日，东京时间下午 13 点 45 分开始，隼鸟 2 号以 0.9 米/秒的速度下降。在下降到距“龙宫” 40 米处时，它“看到了”标记球，缓慢地移动过去。突然，它停下了，原来，这附近有一块 2 米高的岩石。隼鸟 2 号不得不继续调整自己的姿态。终于，它避开了所有大型岩石，准确到达了着陆地点的上空，就像猎人锁定了猎物一样，非常耐心地一点一点接近目标。
就这样，下降一直持续到第二天上午 7 点 29 分，隼鸟 2 号的底端抵达了“龙宫”，仅轻轻的一触，便迅速弹起，激起碎石飞舞。渐渐的，在“龙宫”上投下的阴影越来越小，它又优雅地重新回到上空。
与隼鸟号的设计一样，所谓的“着陆”，其实就是蜻蜓点水般的轻轻碰一下。在隼鸟 2 号底部，有一个长长的、筒状的东西，名为“取样喇叭”。在它的顶端接触小行星表面的瞬间，它会发射子弹，在“龙宫”的表面激起碎片，这些碎片会被取样喇叭收集起来。整个过程复杂且迅速，仅在几秒中之内便能完成，之后立刻转为上升状态。这精彩的瞬间被称为“触地得分”。
由于信号延迟，几分钟后，地面上的隼鸟 2 号项目团队才接到“着陆”成功的信号。一时间，控制室响起一片热烈的掌声，人们高声欢呼，互相拥抱，总负责人津田雄一更是忍不住流下了激动的泪水。
然而，着陆的成功只是一个开始。
2 个月后，2019 年 4 月 5 日，隼鸟 2 号向小行星龙宫表面发射了携带 9.5 公斤炸药的撞击器——SCI，在爆炸的巨大威力下，小行星地下岩石喷涌而出。撞击器给龙宫表面制造了一个人工撞击坑，炸出了小行星的深层物质。
又 3 个月后，2019 年 7 月 11 日，隼鸟 2 号二度成功登陆小行星“龙宫”，采集到了上次炸出来的地下岩石标本。
在我们欢度国庆节期间的 10 月 3 日，官方宣布，隼鸟 2 号成功完成了小行星漫游车的释放任务。至此，隼鸟 2 号的小行星考察任务全部完成，将于 11 月或12 月启程返航。
看起来一切都很顺利。但是，请各位听众千万别忘了，太空探索充满了不确定性和意外。隼鸟 2 号计划于 2020 年返回地球。在没有拿到最终的样品前，隼鸟 2 号的任务都有可能因为任何微小的失误而前功尽弃。因此，隼鸟 2 号的团队丝毫不能大意，现在依然是他们最为紧张的时候。
让我们一起期待隼鸟 2 号的归来吧。或许你不喜欢日本，也不愿意看到日本在太空探索领域与我国有得一拼，但这一刻，我还是希望你暂时放下民族感情，这毕竟是代表全人类的太空探索事业，他们在太空探索领域取得的成果是属于全人类的。
将来总有一天，人类要向宇宙社会展示我们的文明史，当我们面对外星文明时，我们一定会说：
人类，而不是美国人，于 1969 年 7 月 20 日登上月球
人类探测器，而不是中国探测器，于 2019 年 1月3号成功登陆月球背面
人类探测器，于某年某月某日，第二次将小行星物质带回地球
科学是属于全人类的壮丽事业，任何科学成就在放到宇宙的大背景下，它都是属于全体人类文明的成就。
参考资料：
[1]https://ssed.gsfc.nasa.gov/IPM/PDF/1050.pdf
[2]https://global.jaxa.jp/projects/sas/hayabusa2/pdf/sat33_fs_23_en.pdf 第 46 页
[3]https://global.jaxa.jp/projects/sat/hayabusa2/instruments.html
[4]http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20180404_e/
[5]http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/topics/20180906e/
[6]http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/topics/20190220e_TDPoint/
[7]http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/topics/20180904e/
[8]https://www.bilibili.com/video/av47230303?from=search&seid=11244664783508716669https://www.bilibili.com/video/av47230303?from=search&seid=11244664783508716669
[9]http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/topics/20181014e_TD
[10]http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/news/status/（9月18日状态）
[11]https://www.bilibili.com/video/av47230303?from=search&seid=11244664783508716669
[12]https://twitter.com/MASCOT2018/status/1047456139024261121
[13]http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/topics/20190220e_TDPoint/
[14]https://www.youtube.com/watch?v=zDPPk8exxV8&feature=youtu.be
[15]https://www.bilibili.com/video/av47230303?from=search&seid=11244664783508716669https://www.bilibili.com/video/av47230303?from=search&seid=11244664783508716669
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