鸑鷟鹓雛　徐蒙

對未知的探索總是充滿危險和不確定性。大航海時代，無數(shù)風(fēng)帆折戟深海;早期的飛行史，無數(shù)飛機(jī)折翼藍(lán)天;當(dāng)人類的腳步延伸至太陽系時，又有一些探測器像斷了線的風(fēng)箏一樣杳無音信……

和航海、航空不同的是，為了飛得更高、看得更遠(yuǎn)，絕大多數(shù)航天探測器都不會把燃料消耗在“飛回來”這件事上。對它們來說，這場太陽系的航行是一條不歸路，一旦開始便義無反顧。畢竟，能重回地球懷抱的幸運(yùn)兒少之又少。

然而，有這樣一個幸運(yùn)兒，它是一只不屈服于命運(yùn)的“不死鳥”，在探索人類從未涉足過的陌生地帶時，雖遭受摧殘，甚至一度和地面失去聯(lián)系，但仍然頑強(qiáng)地堅持下來，大難不死，在人類的幫助下，帶著珍貴的小行星樣本返回了地球。

這只傳奇的“不死鳥”就是日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的“隼（sǔn）鳥號”小行星探測器！

在隼鳥號功成名就之后，“隼鳥”家族又添一名得力干將——隼鳥2 號小行星探測器。這枚探測器正在追隨前輩的腳步，探索一片未知之地——目標(biāo)小行星“龍宮”，今年，隼鳥2號便會攜帶“龍宮”的禮物返回地球。

今天，我們先來介紹“隼鳥”家族的第一位成員——隼鳥號探測器。

堅毅勇敢的“隼鳥號”

命途多舛卻大難不死的隼鳥號，是世界上第一個成功從小行星采集樣品并返回地球的探測器，也是第一個成功在小行星表面停留并離開的探測器。在諸多光環(huán)的背后，是隼鳥號辛酸的“傷病史”：電能供應(yīng)不盡人意、接二連三的故障、發(fā)動機(jī)罷工、燃料泄漏……這些“傷病”差點兒毀掉隼鳥號，甚至一度使隼鳥號與地球失聯(lián)。然而，隼鳥號奇跡般地戰(zhàn)勝了一個又一個困難，歷經(jīng)3年艱辛的歸家之路，最終成功返回了地球。

隼鳥號

這只堅毅勇敢的“不死鳥”只是一個長1.6米、寬1.1米、高1米的立方體，重量僅有510千克，通常相同壽命的人造地球衛(wèi)星重量都在一兩噸左右。身材嬌小且貌不驚人的隼鳥號要啟程前往的探測目標(biāo)也只是一顆名不見經(jīng)傳的小行星—小行星25143號“絲川”。這顆小行星是以“日本火箭之父”絲川英夫的名字命名的。

其實，隼鳥號原本打算探測的是小行星4660 Nereus，但因為探測器設(shè)計出了些問題，需要延期發(fā)射，于是探測目標(biāo)改成了2號備選探測目標(biāo)——小行星1989 ML。此后，火箭又出了問題，不得不再次延期，這時1989 ML也飛遠(yuǎn)了，最終科學(xué)家只好選定當(dāng)時軌道位置適合的3號備選探測目標(biāo)—小行星“絲川”。

小行星“絲川”非常小，僅有535米長、294米寬、209米高。這個尺寸僅為9個國家體育場“鳥巢”的大小?！敖z川”也成為當(dāng)時人類主動探測的最小的天體。隼鳥號不僅要飛到“絲川”表面，還要采集樣品返回地球——這是1972年美國阿波羅載人登月并采樣返回之后，人類再也沒有完成過的挑戰(zhàn)。

“絲川”并不位于我們熟知的、介于火星和木星之間的小行星帶中，而是近地小行星的一支——阿波羅型小行星中的一顆。阿波羅型小行星的軌道通常為橢圓形，既和小行星帶相交，又和地球軌道相交（因此阿波羅型小行星也是對地球最有威脅的一類小行星）。也正因如此，部分阿波羅型小行星接近地球的時候距離非常近，這也使得阿波羅型小行星成為相對容易探測的一類小行星。

阿波羅型（Apollo）小行星的軌道

2003年5月9日，隼鳥號從日本鹿兒島內(nèi)之浦宇宙空間觀測所發(fā)射升空。然而發(fā)射后不久，超強(qiáng)的太陽黑子爆發(fā)，隼鳥號的一部分太陽能帆板失效，太陽能電量供應(yīng)下降。雪上加霜的是，它的蓄電池后來也有一部分損壞了。不過，這些故障對于隼鳥號后來的遭遇而言只是波折命運(yùn)的“開胃小菜”。

隼鳥號從日本鹿兒島內(nèi)之浦宇宙空間觀測所發(fā)射升空

禍不單行

2004年5月19日，隼鳥號再次飛掠地球，為什么離開地球之后又一次飛回來呢？隼鳥號和地球都只是恰好繞太陽兜了一圈，兜圈怎么能算“回頭”？就是一直向前走的呀！在兜圈的過程中，隼鳥號可以借助地球的引力助推提高自己的效率，節(jié)省燃料、節(jié)約成本。不僅如此，為了實現(xiàn)低成本、低燃料消耗，隼鳥號還使用了新技術(shù)——離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)。這種發(fā)動機(jī)并不是在隼鳥號上首次使用的，但像隼鳥號這樣如此長時間使用和驗證離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)的卻不多見，這也正是隼鳥號要完成的一個科學(xué)目標(biāo)。離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)目前的推力相比常見的化學(xué)能發(fā)動機(jī)要小得多，但它非常節(jié)省燃料，因此可以降低燃料的重量。離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)在太空中長時間的加速性能能夠滿足航天器的使用，因此有望成為未來長距離航天器的首選發(fā)動機(jī)類型。

隼鳥號前期軌道

不過，現(xiàn)在回頭看，隼鳥號的曲折經(jīng)歷無一不和離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)有關(guān)。2005年7月29日，隼鳥號的儀器首次拍攝到目標(biāo)小行星“絲川”，這標(biāo)志著隼鳥號已經(jīng)快要接近目的地了！然而僅僅過了兩天，隼鳥號就出現(xiàn)了第一個大問題——x軸姿態(tài)控制功能失靈，此時的隼鳥號就相當(dāng)于一架不能控制自己左右轉(zhuǎn)彎的飛機(jī)。現(xiàn)代的航天器大多采用的是三軸控制的方式，即通過內(nèi)部控制器的調(diào)整，穩(wěn)定航天器在x、y、z三個坐標(biāo)軸上的方位，保證航天器在漫無邊際的空間中維持自身的相對穩(wěn)定。姿態(tài)調(diào)整的一個簡單的例子是我們熟悉的飛機(jī)，當(dāng)飛機(jī)需要左右轉(zhuǎn)向（x軸）、左右翻滾（y軸）或上下俯仰（z軸）時，就需要調(diào)整飛機(jī)的飛行姿態(tài)，航天器也是如此。好在，一個方向上的姿態(tài)控制功能失靈還不算太糟，隼鳥號可以用自己的發(fā)動機(jī)調(diào)整自身姿態(tài)。

2005年9月12日，隼鳥號離目標(biāo)小行星“絲川”僅相距20千米，官方宣布隼鳥號順利抵達(dá)目的地。然而禍不單行，10月2日，隼鳥號的y軸姿態(tài)穩(wěn)定功能也失靈了?！安∏椤奔又氐啮励B號無法求醫(yī)，只能硬扛。

日本隼鳥號小行星探測器傳回地球的照片

隼鳥號抵達(dá)小行星

進(jìn)入11月，隼鳥號開始了多次充滿不確定性的著陸。由于著陸時通信天線無法對準(zhǔn)地球，因此這段時間地球和隼鳥號之間是失聯(lián)的。外加此時地球和小行星“絲川”之間的距離較遠(yuǎn)，因此光速的信號傳輸回來也會有幾分鐘的延遲。這就導(dǎo)致了地面控制中心對隼鳥號的情況一無所知——科學(xué)家不知道它有沒有著陸，也不知道發(fā)過去的指令有沒有生效。11月12日，隼鳥號下降到距離小行星表面僅55米的地方，原本準(zhǔn)備著陸的隼鳥號發(fā)生了故障，停在了半空中，不知情的地面工作人員錯誤地評估了此時隼鳥號的狀態(tài)，人為操縱隼鳥號釋放了1千克重的微型著陸器“密涅瓦”。

隼鳥號

由于此時著陸器距離“絲川”表面過高，而“絲川”自身的引力又非常小，因此在這個高度下釋放的“密涅瓦”逃逸到了太空之中，著陸失敗。不過這和接下來的事故相比，并不算什么。11月20日，隼鳥號首次“觸摸”到了小行星“絲川”。不過，這又是一次充滿未知的著陸。隼鳥號因不明原因的故障在10米高的半空中停留，并進(jìn)入安全模式，此時地球基站發(fā)出放棄著陸和上升的指令。然而，還沒等隼鳥號收到這一指令，它就自行降落在了小行星“絲川”的表面。隨后在上升狀態(tài)中，隼鳥號才收到來自地球基站的上升指令，而另一邊的地球基站也才收到隼鳥號的著陸狀態(tài)確認(rèn)……這尷尬的延遲使多少工作人員為之揪心！

11月26日，隼鳥號第二次“觸碰”到小行星“絲川”，并完成了采樣回收。隨后，它再次上升，升到距離“絲川”表面5千米時，隼鳥號終于確認(rèn)了一直以來的燃料泄漏問題。確認(rèn)之后的第二天，隼鳥號的“病情”加重了！由于燃料泄漏多時，電池因失溫幾乎喪失能量，主發(fā)動機(jī)也沒有足夠的燃料可用，隼鳥號一時無法調(diào)整姿態(tài)，逐漸失控。而姿態(tài)失控意味著隼鳥號的天線將無法對準(zhǔn)地球，無法與地球保持通信。12月8日，隼鳥號與地球徹底失聯(lián)！12月14日，JAXA宣布隼鳥號的返回計劃延期。

不拋棄、不放棄，成為接下來的奮斗目標(biāo)，這不僅是對地面工作人員的勉勵，也是對隼鳥號的期待。隼鳥號在失聯(lián)狀態(tài)下，姿態(tài)會持續(xù)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。然而在這些不穩(wěn)定狀態(tài)中，隼鳥號會有一定概率處在可以與地球進(jìn)行短時間通信的特定姿態(tài)，這時候地面工作人員就可以嘗試人為啟動它的離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)了。另一方面，地球自身也在公轉(zhuǎn)，因此地球的視角也在不斷地變化。總而言之，就是希望能有幸聯(lián)系上正在亂轉(zhuǎn)的隼鳥號，并幫助它恢復(fù)有序狀態(tài)。地面工作人員此時能做的，就是不斷地搜尋可能由隼鳥號發(fā)出的信標(biāo)信號。

等待的過程是煎熬的，很多探測器在失聯(lián)之后就再無音信，工作人員不知道要等待多久，也不知道遙遠(yuǎn)的隼鳥號此時正在經(jīng)歷什么。2006年1月23日，失聯(lián)了46個日夜之后，地球基站最終等來了隼鳥號的消息！

能夠收到信標(biāo)信號，說明隼鳥號的系統(tǒng)還在正常工作，還能進(jìn)行一定的姿態(tài)調(diào)整。于是地面工作人員發(fā)出指令讓隼鳥號再次發(fā)送信標(biāo)信號，3天后地面就收到了隼鳥號的“回應(yīng)”。2月6日，根據(jù)指令，隼鳥號又啟動了離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)，一步步進(jìn)行了姿態(tài)調(diào)整，并將天線對準(zhǔn)了地球。

“不死鳥”的歸家之路

大難不死的隼鳥號還有個終極目標(biāo)——返回地球?？刹∪敫嚯恋啮励B號還能繼續(xù)這場旅程嗎？

隼鳥號再入大氣層的壯觀場面

2007年4月25日，隼鳥號正式開始返航。2007年10月18日，完成回歸之旅的第一次變軌。2009年2月4日，完成第二次變軌。2009年11月4日，離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)D發(fā)生故障。不僅如此，發(fā)動機(jī)A、B也分別有一部分器件發(fā)生故障。幸好發(fā)動機(jī)A、B損壞的部分不—樣，地面工作人員將兩個發(fā)動機(jī)正常工作的部分拼湊成“一臺”可用的發(fā)動機(jī)。最終，隼鳥號憑借僅剩的AB組合發(fā)動機(jī)和發(fā)動機(jī)C，勉強(qiáng)向著地球狂奔。

2010年4月，隼鳥號進(jìn)入返回地球的60天倒計時，此時它距離地球還有2700萬千米，從這個距離飛向地球所需的精準(zhǔn)程度堪比太空狙擊手。不過，頑強(qiáng)的“隼鳥”不負(fù)眾望，在最后的兩個月中，它進(jìn)行了4次軌道調(diào)整，精準(zhǔn)地飛入了地球軌道。在返回地球的倒數(shù)第3天，隼鳥號在距離地球40000千米的高度釋放了返回艙，準(zhǔn)備投入地球的懷抱。

2010年6月13日，隼鳥號返回艙返回地球，速度高達(dá)12千米/秒，比普通返回式衛(wèi)星和載人飛船返回艙的速度還要快。如此高速飛入大氣層，返回艙需要耐受和隔離大氣摩擦產(chǎn)生的高溫，這個溫度是載人飛船和航天飛機(jī)都難以承受的。

隼鳥號主體本可能就此漂泊于太陽系，就像同為采樣返回任務(wù)的“星塵號”一樣，但它最終選擇了回歸地球，不過這個選擇的代價是墜入大氣層燒毀。隼鳥號再入大氣層的畫面十分震撼，高速摩擦產(chǎn)生的視覺效果如同高空綻放的煙花般絢爛，隼鳥號就在這“煙花”之中完成了自己的使命，而它的返回艙安全墜落在預(yù)定的澳大利亞沙漠中。

在此之前，從沒有一個無人探測器，經(jīng)歷過這么多艱難坎坷還能絕處逢生。隼鳥號的不屈歷程，鼓舞著每一個人。日本人為這段探測經(jīng)歷拍攝了電影《隼鳥歸來》，在電影海報上這樣寫道：

60億千米的距離，2592個日日夜夜，

這場宇宙之旅，

只為歸來。

為隼鳥號制作的歌曲中則唱道：

高色吧，隼鳥號！

即使折斷翅膀，

仍要懷抱夢想。

直到見到故鄉(xiāng)的天空，

直到燃盡最后的軀殼，

也要對地球母親說聲“我回來了”。