登陸彗星

劉聲遠

Space

2014年11月12日北京時間23時33分，歐洲空間局“羅塞塔”飛行器釋放的“菲萊”探測器成功登陸彗星“67P/丘留莫夫—格拉西緬科”。這是人類歷史上的一項偉大創(chuàng)舉，因而引起舉世關(guān)注。那么，“羅塞塔”是怎樣歷經(jīng)輾轉(zhuǎn)抵達這顆彗星的？“菲萊”為什么要登陸彗星？彗星是一種什么樣的天體？

北京時間2014年11月12日23時33分，歐洲空間局（以下簡稱“歐空局”）“羅塞塔”太空探測軌道器（以下簡稱“羅塞塔”）釋放的“菲萊”探測器（以下簡稱“菲萊”）在彗星“67P/丘留莫夫—格拉西緬科”（以下簡稱“67P”）表面著陸?！胺迫R”著陸信息經(jīng)由“羅塞塔”傳回地球。

諸多第一 也有遺憾

登陸“67P”后，由于主電池電量耗盡，“菲萊”被迫進入休眠。但在它休眠之前的最后時刻，而且是趕在它向地球傳回數(shù)據(jù)之前，地面控制人員得以激活它搭載的所有儀器（包括鉆頭）?！胺迫R”登陸后，科學(xué)家立即搜索“羅塞塔”在軌道中拍攝的圖像，目的是找尋“菲萊”最后的立足點。但這些圖像令科學(xué)家大吃一驚——“菲萊”第一次著陸后，由于發(fā)射叉子（目的是抓住彗星表面，防止“菲萊”彈跳）失敗，它彈跳至距離彗星表面1000米高度，然后很可能又彈跳了兩次，最終被卡在一座懸崖上。至本刊發(fā)稿時，“菲萊”的具體位置仍未被確定。事實上，“羅塞塔”在投下“菲萊”后必須做一次機動，目的是保持自己的視野打開?！傲_塞塔”因此上升到距離彗星表面40～50千米處，這意味著從它在這之后拍攝的圖像上難以分辨彗星表面像“菲萊”這么小的物體。

科學(xué)家說，“菲萊”登陸后其身體有一部分被黑暗籠罩，但一次成功執(zhí)行的指令使得它旋轉(zhuǎn)，讓它的最大的太陽能電池板能得到光照。科學(xué)家希望，隨著彗星在未來幾個月里逐漸接近太陽，“菲萊”也能接收到足夠的陽光來給它的次級太陽能電池充電，從而讓“菲萊”最終能“起死回生”。如此說起來，“菲萊”堪稱生死未卜。但科學(xué)家表示，“菲萊”在彗星表面運作了大約60小時后，就已經(jīng)完成了主要科學(xué)任務(wù)中的90%。如果它真能“蘇醒”過來，那就應(yīng)該算是超期服役。其實，科學(xué)家一直都認為“菲萊”登陸彗星就像是科幻，所以就算“菲萊”再也不會醒來，它也已經(jīng)創(chuàng)造了一個很大的奇跡。哪怕“菲萊”真的回天無力，“羅塞塔”軌道器的任務(wù)也將持續(xù)很長時間。它將伴隨“67P”一路飛到下一個近日點（2015年8月），再伴隨彗星回歸外太陽系（指太陽系的外圍部分）。

按照“羅塞塔”項目科學(xué)家們的語氣，“菲萊”登陸后的“意外”其實也不算太意外，畢竟“羅塞塔”以及“菲萊”任務(wù)的難度本身就很大。實際上，“羅塞塔”任務(wù)以前也出過錯。2006年，“羅塞塔”的反應(yīng)控制系統(tǒng)曾發(fā)生過一次泄漏。這個由24部二元推進劑10牛推進器組成的系統(tǒng)，負責(zé)在“羅塞塔”飛行過程中微調(diào)它的軌跡。由于這次泄漏，反應(yīng)控制系統(tǒng)不得不在低于設(shè)計壓力的情況下運作，這可能引起推進劑混合不完全，燃燒效率降低。但負責(zé)“羅塞塔”項目的工程師們確信，“羅塞塔”有足夠的燃料儲備來支持整個任務(wù)的成功實施。

“羅塞塔”的反力輪也顯示出高于預(yù)期的振動。在飛行途中進入休眠模式之前，“羅塞塔”的四個反力輪當中的兩個開始出現(xiàn)“噪聲”。當“羅塞塔”蘇醒后，工程師們啟動了3個反力輪，其中包括1個壞輪子。另一個功能不正常的輪子被儲備。此外，新的軟件已上傳給“羅塞塔”，目的是讓它必要時在僅有兩個活躍反力輪的情況下運作。

“羅塞塔”任務(wù)創(chuàng)下了許多個“第一”。在飛向“67P”的途中，“羅塞塔”經(jīng)過了主小行星帶，作為歐洲探測器首次近距離相遇了多顆主帶小行星?！傲_塞塔”是第一艘使用太陽能電池做主電源飛近木星軌道的飛行器，是第一艘環(huán)繞彗核飛行的軌道器，也是第一艘在彗星飛往內(nèi)太陽系過程中與它比翼雙飛的探測器，還是第一艘計劃近距離探查冰凍彗星怎樣被太陽加熱、轉(zhuǎn)變的飛行器。在抵達“67P”之后不久，“羅塞塔”釋放機器人登陸器“菲萊”，讓它實現(xiàn)人類歷史上對一顆彗核的首次可控性著陸。登陸后，“菲萊”向地球傳回了來自一顆彗星表面的首批圖像，并且首次對彗核組成進行實地檢測。

“羅塞塔”是第一艘在軌探索彗星的軌道器，“菲萊”則是第一艘登陸彗星的探測器（此前，有多艘探測器成功實施過對另外7顆彗星的飛近探測）。這兩個“第一”，理應(yīng)被載入史冊。另一方面，這兩個“第一”實屬來之不易。

十年飛行 終抵目標

“羅塞塔”是由歐空局制造并且發(fā)射的一艘機器人空間探測器，其目的是采用一部軌道器和一部登陸器詳細探測“67P”。“羅塞塔”得名于一塊古埃及石碑——“羅塞塔石”，這塊石碑上銘刻著一道法令?！胺迫R”得名于尼羅河上的菲萊島，島上發(fā)現(xiàn)過一塊有希臘文和埃及文銘文的方尖碑。對“羅塞塔石”和這塊方尖碑上象形文字的對比研究，催生了對埃及文字體系的破譯。與此類似，科學(xué)家希望“羅塞塔”和“菲萊”能有助于更好地了解彗星和早期太陽系?！傲_塞塔”搭載著一張經(jīng)過微刻、并且也叫“羅塞塔”的鎳合金光碟，光碟中刻入了以1200種語言書寫的1.3萬頁文字。據(jù)估計，從2004年到2014年，大約2000人參與了“羅塞塔”任務(wù)的籌備和實施。

1986年，在“哈雷”彗星接近地球期間，多國發(fā)射空間探測器去探索它，其中最著名的探測器是歐空局的“喬托”。在這些探測器發(fā)回珍貴的科學(xué)信息后，開展后續(xù)探測的需求變得非常明顯，目的是更清楚地揭示彗星的組成和回答新的疑問。于是，歐空局和美國宇航局開始合作研發(fā)新的彗星探測器。其中，美國宇航局籌劃的是“彗星會合—小行星飛近”任務(wù)，歐空局籌備的是“彗核取樣”任務(wù)。這兩項任務(wù)計劃共享美國“水手馬克2號”飛船的設(shè)計，旨在降低成本。

1992年，因預(yù)算所限，美國宇航局取消了“彗星會合—小行星飛近”任務(wù)。當時，歐空局決定自行實施“彗核取樣”計劃。1993年，因預(yù)算所限，“彗核取樣”任務(wù)也變得行不通，于是它被重新設(shè)計，稍后被歐空局批準。重新設(shè)計后的飛行計劃與被取消的“彗星會合—小行星飛近”任務(wù)相似，包括對一顆小行星實施飛近探測，然后對一顆彗星進行實地探測（包括一艘登陸器）。