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人类不断探索宇宙奥秘

隼鸟号(日文:はやぶさ,英文:Hayabusa)是日本宇宙航空研究开发机构的小行星探测计划。这项计划的主要目的是将隼鸟号探测器送往小行星25143(又名“丝川”;Itokawa),采集小行星样本并将采集到的样本送回地球。

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隼鸟号是日本研制并于2003年5月9日用M5运载火箭成功发射的小行星取样航天器。2003年5月9日,该探测器随着日本国产的M5运载火箭从鹿儿岛县升空,飞往位于地球和火星之间的小行星“丝川”。其探测目标是丝川小行星。它在升空后,即在地面指挥控制中心的遥控下,沿着外切地球公转轨道、内切丝川小行星公转轨道的预定路线疾驰而去,并于2005年9月初与目标天体交会,最终于9月12日飞抵离丝川小行星20千米的预设位置,成为后者的人造卫星。当天它就成功地向地面发回一批近距离拍摄的丝川小行星图像,说明其技术状态稳定,工作性能正常。

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重量为495千克、太阳能电池板展后长约5米的隼鸟号探测器是采用离子火箭发动机飞向丝川小行星的。这种动力装置的工作原理是,其工质氙从贮箱经过电离室被分解为正、负离子后,带正电的离子流在引出电极的静电场力作用下加速形成射束。离子射束与中和器发射的电子耦合形成中性的高速束流,喷射而出产生反作用推力。在隼鸟号环绕丝川小行星运转期间,仍以离子火箭发动机提供动力。直到2005年11月9日,隼鸟号探测器已遭遇过几次困境:太阳耀斑损坏了其电力储存电容器,3个姿态控制仪已损坏了2个,只有1个还在正常运转。

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丝川小行星原定编号为1998SF 36,意即它是1998年9月下半月发现的第906颗小行星。其轨道与地球平均距离约3亿千米。它的外形如马铃薯,长约540米,宽约300米,体积较小。日本为了纪念本国的火箭之父丝川英夫博士,经向国际天文联合会小行星专业委员会申请并得到批准,才将其命名为丝川小行星。

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自2005年11月10日开始,隼鸟号探测器的动力装置已转为使用化学火箭助推器,因为离子火箭发动机虽然可以精确控制方向,但费时较长。探测器上带有足够的助推器燃料,以保证隼鸟号能够圆满完成这次飞行任务。

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隼鸟号原预计于2007年6月返回地球,但由于怀疑探测器的燃料泄漏,延后3年后于2010年6月13日日本时间22时51分返回地球,本体于大气层烧毁,而内含样本的隔热胶囊与本体分离后在澳大利亚内陆着陆。 隼鸟号在宇宙中旅行了七年,穿越了约六十亿公里的路程。这是人类第一次对地球有威胁性的小行星,进行物质搜集的研究,也是第一个把小行星物质带回地球的任务。

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2005年11月26日,日本宇宙开发机构宣布隼鸟号成功地从丝川小行星上面采集岩石样本。11月27日日本小行星探测器“隼鸟”号不辱使命,26日成功采集小行星丝川地表岩石样本,日本研究人员在欢呼雀跃的同时,正在为“隼鸟”号如何顺利回家绞尽脑汁。

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“隼鸟”号预定12月上旬踏上归途,现在离地球距离是2.9亿公里,但不能直线回归,必须绕行10亿公里,于2007年6月到达地球。由于“隼鸟”号此前故障不断,空耗很多燃料,返航途中一旦燃料不足,就有可能功亏一篑,现在研究人员正在探讨节约燃料对策。

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“隼鸟”号着陆丝川行动可谓是一波三折,先是12日向丝川投放微型探测器“智慧女神”失败。失去踪影,据称现在仍在太空中飘浮。20号“隼鸟”号首次尝试着陆,却和地面失去联系长达3个小时。据后来数据显示,它的确着陆了,可折腾了30分钟,也没能投下岩石采集装置。26日早上7点多,“隼鸟”号最后一搏终于成功,并完成了采集岩石样本的任务。日本研究人员也长出一口气,日本媒体都连篇累牍地报道这一大事。

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“隼鸟”号成功采集小行星岩石样本,至少证明了日本在以下几方面的技术非同寻常:一,利用很少的燃料长时间在宇宙运行。从地球到达小行星丝川,其间“隼鸟”号绕太阳两周,飞行长达20亿公里,日本利用耗能低的离子引擎,电离氙气喷射提供动力,实现了长距离运行;二,发射以后通过地球重力改变探测器的方向,并成功加速;三,准确定位技术。小行星丝川距离地球2.9亿公里,它本身长约540米,宽约270米,约12小时自转一周,每秒以30公里的速度绕太阳运行,探测器到达小行星的精确度类似于从东京击落巴西的苍蝇;四,遥控技术。电波到达“隼鸟”号单程需要16分钟,“隼鸟”号必须根据事先设定的各种着陆程序自行判断,这与日本的机器人技术发达密切相关。

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从小行星丝川地面采集岩石样本之所以备受关注,一是因为有望探明落在地球上的陨石和小行星的关系。陨石被认为是小行星的碎片,受地球引力的影响落在地表,通过陨石和小行星岩石样本的比较分析,可验明陨石的“母体”。二是有望揭示太阳系形成之谜。小行星约在45亿年前与太阳同时诞生,而后小行星之间在相互撞击的同时,表面会受飞来的太阳高能粒子袭击。通过研究小行星岩石样本光的反射,和通过望远镜看到的小行星光线进行比较,会增加人类对小行星表面的进一步了解。分析小行星表面岩石结构,可以了解太阳系曾遭受怎样的风化,捕捉太阳系早期的信息。三是有望探明在宇宙中漂浮的微小尘埃,专家认为尘埃可能含有与地球生命起源有关的有机物。小行星岩石可能残留有远古尘埃,岩石中含有什么样的有机物令人关注。

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“隼鸟”号成功采集岩石样本对整个日本宇航业是一个鼓舞。日本1955年发射第一枚小型火箭,1970年发射第一颗人造卫星,以后在发射天文卫星和彗星探测器方面卓有建树。然而,最近几年来屡遭挫折,比如火星探测器“希望”号因没有进入火星运行轨道成为太空垃圾,火箭发射几度失败等,此次 “隼鸟”号成功采集小行星岩石样本,无疑给日本宇航业注射了一针强心剂。只是,归途路漫漫,“隼鸟”号能否平安飞回地球,人们拭目以待。

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“隼鸟”号小行星探测器于2003年发射升空,到访过“丝川”小行星,并取得该小行星上的太空岩石样本。不过这一重达430公斤的探测器却遭遇过一系列挫败。在小行星上着陆后,“隼鸟”号并没有按计划启动推进设备,以采集“系川”小行星表面上的样本。在七年的太空旅程中,它还遭遇过燃料泄漏、断电和通信故障等。其离子引擎也遭遇过多次故障,不过日本宇宙开发机构设法修复了一些系统,并且指令“隼鸟”号绕行了很长的距离,以使其能顺利返回地球。目前,“隼鸟”号正在返回地球的图中,预计将会在2010年6月的某天在澳大利亚内陆地球着陆,然而这已经比其预定的返回时间晚了三年。

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日本时间13日19时21分(北京时间2010年6月13日18时21分),密封舱将与探测器主体部分分离,约3小时后,探测器主体和密封舱将进入高度为200公里的稀薄大气层。降落澳大利亚。探测器的密封舱将发挥其材料和形状方面的优势,全力保护其中可能装有的“丝川”小行星岩石。

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新华网东京11月16日电 日本文部科学大臣高木义明16日宣布,研究人员已经确认,在日本“隼鸟”号小行星探测器密封舱的回收容器中发现的1500个物质微粒,大部分是来自“丝川”小行星的岩石。 这是人类首次从小行星上采集到物质,可以说“隼鸟”号完成了最重要的任务,圆满完成了探测小行星的计划。

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日本宇宙航空研究开发机构今后将与全国研究人员合作,对这些小行星物质进行详细分析。由于“丝川”小行星保持了46亿年前太阳系诞生时的状态,分析它的物质有可能帮助弄清太阳系的起源。地球上的岩石在地质活动中经历了巨大变化,无法用于研究太阳系刚诞生时的情形,所以调查“丝川”小行星等未发生变化的天体必不可少,获得其岩石样本一直是研究人员的夙愿。

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宇宙航空研究开发机构指出,“隼鸟”号回收容器里的微粒尺寸几乎都是千分之一毫米左右,主要成分是橄榄石和辉石等矿物。虽然这些矿物在地球上也存在,但电子显微镜观察显示微粒成分与“隼鸟”号靠近“丝川”小行星时观测到的小行星表面岩石成分一致,而且其中金属含量比例与地球岩石有重大差异。科学家经过慎重研究断定,这些微粒是来自“丝川”小行星的物质。分析还发现,这些微粒与陨石的性质一致,首次为地球上的陨石几乎都来自小行星的观点提供了物证。

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“隼鸟”号的岩石收集舱于今年6月回到地球,宇宙航空研究开发机构当即开始进行物质回收,但由于微粒过小,作业一直未能取得进展。后来研究人员制作了特殊的刮刀,并在微粒附着在刮刀上的情况下利用电子显微镜观测,从9月份开始连续发现微粒来自小行星的证据。目前这些微粒还附着在刮刀上,宇宙航空研究开发机构准备研究从刮刀上采集微粒的方法,同时在收藏容器尚未打开的其他部分继续寻找新的微粒。在2011年1月前,将决定把微粒分配给哪些研究机构,进行更加详细的分析。

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2003年5月9日,“隼鸟”随日本国产的M5运载火箭从鹿儿岛县升空。

隼鸟号计划于2005年9月抵达小行星25143附近,采集标本,并于2010年6月返回地球。

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2005年7月,“隼鸟”发生首次重大故障,控制空中姿态的3台发动机1台故障。

10月,第二台发动机出现故障。“隼鸟”只能依赖最后一台发动机和离子引擎的喷射控制姿态。

11月12日,“隼鸟”投放“智慧女神号”探测机器人失败。原计划让“智慧女神”率先着陆后,利用机载相机和温度感应器对小行星进行拍照和研究,可是“智慧女神”却未能降落丝川而失落在宇宙中。

11月20日,隼鸟号首次在“糸川”小行星上着陆,却与地面失去联系长达3小时。根据后来得到的数据,隼鸟号确实着陆,但折腾30分钟之后仍然未能释放出收集舱。

11月26日,隼鸟号再次着陆,成功采集到样本。这是人类第一次从小行星上采集样本。(第一次对地外天体采集样本是苏联月球10号探测器,1966。第一次对彗星采集样本是美国“星尘”号探测器,2006。)

12月,化学引擎出现燃料泄漏,探测器无法保持姿态。与地面控制中心失去联络长达近2个月,错过返回窗口。项目负责人川口纯一郎决定“隼鸟”延期3年返回地球。

据日本媒体报道,当时项目组束手无策,甚至集体参拜神社祈祷通信恢复。

不久,负责离子引擎的国中均教授和日本电气公司(NEC)高级项目经理堀内康男想出一招,利用离子引擎燃料氙的喷射反冲力调整探测器姿态——此举居然奇迹般恢复了通信。

2006年3月以来,“隼鸟”太阳能电池电量急剧下降,锂离子电池组也耗尽了电能,其中部分电池失效。

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2007年4月,“隼鸟”脱离糸川小行星轨道,开始返回地球之旅。

10月,“隼鸟”关闭了用于长途航行的离子引擎,改为依靠惯性飞行。

2009年2月,“隼鸟”离子引擎重新点火成功。

11月,隼鸟的4台离子引擎中仅余一台尚能运转,而返回地球需至少两台引擎提供动力。堀内当初设计时考虑到了这种极端状况,为此预留的一套电路发挥作用,利用离子生成装置和电荷中和器成功激活另一台引擎——“隼鸟”可以回家了。

2010年6月3日,日本宇宙航空研究开发机构开始命令“隼鸟”离子引擎持续喷射,以修正轨道。6月5日,喷射按计划停止。“隼鸟”完成回归地球前的最后轨道修正。

2010年6月13日19时51分(北京时间18点51分)隼鸟号释放密封舱。

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