在貝努小行星上采樣的冥王號(hào) NASA

　　北京時(shí)間10月21日清晨,，已經(jīng)在太空飛行4年的OSIRIS-REx（冥王號(hào)）探測(cè)器,，成功從目前距地球3.34億公里的貝努小行星上,，收集了一些塵埃和碎石,。耗費(fèi)7年時(shí)間,，耗資約65億元人民幣,，只為從小行星上抓回“一把土”,，值得嗎,？當(dāng)然！在中國(guó)航天科工集團(tuán)二院研究員楊宇光看來(lái),，這是一次意義重大的“太陽(yáng)系考古”,。

　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員鄭永春對(duì)這次任務(wù)后續(xù)的科學(xué)研究充滿期待?！摆ね跆?hào)可以采集60克樣品,，這個(gè)量已經(jīng)很多了，樣品類型也會(huì)比較豐富,，可以開(kāi)展很多非常系統(tǒng)的研究,。估計(jì)至少可以研究幾十年?！?/p>

　　小行星上藏有太陽(yáng)系古老遺跡

　　對(duì)于地球來(lái)說(shuō),，近地小行星是一種危險(xiǎn)的存在。它們?cè)谔罩酗L(fēng)馳電掣,，不時(shí)與地球擦肩而過(guò),，讓人心驚肉跳。不過(guò)這些魯莽的家伙并非一無(wú)是處,，它們身上也藏有科學(xué)家們夢(mèng)寐以求的東西,，比如太陽(yáng)系最古老的遺跡。

　　鄭永春介紹說(shuō),，太陽(yáng)系形成之后,，塵埃碰撞凝聚形成了行星,、矮行星等天體，還有些粉末碎屑,，成為了小行星,。相比之下，行星中含有很多放射性元素,，會(huì)產(chǎn)生熱量,，從而導(dǎo)致演化、熔融,，慢慢將太陽(yáng)系初期的歷史湮沒(méi),。而能量小、熱量少的小行星,，基本上沒(méi)有發(fā)生過(guò)演化,，仍保留著太陽(yáng)系形成之初的狀態(tài)。對(duì)它們開(kāi)展研究,，有助于探尋太陽(yáng)系最早期的面貌,。

　　此外，隨著航天技術(shù)發(fā)展,，人類也產(chǎn)生了對(duì)小行星資源開(kāi)發(fā)利用的想法,。

　　出于上述目的，人們開(kāi)始在茫茫太空中尋找探測(cè)目標(biāo),。楊宇光表示,，選擇目標(biāo)時(shí)，需要考慮幾個(gè)因素,。

　　從工程角度,，首先要考慮可行性。例如項(xiàng)目預(yù)算能買多大推力的火箭,，能把探測(cè)器送到多遠(yuǎn)的地方,，以此劃定一個(gè)選擇范圍。如果要登陸采樣,，那么小行星的自轉(zhuǎn)速度就不能太快,，以免增加任務(wù)難度和風(fēng)險(xiǎn)。

　　同時(shí)還要從探測(cè)價(jià)值方面考慮,。太陽(yáng)系里有近地小行星,、主帶小行星等多種類型，其軌道分布,、成份等都有差異,。在能力有限的情況下，一定是盡量選擇此前沒(méi)有探測(cè)過(guò)，本身具有一定特點(diǎn),，在科學(xué)上或?qū)ξ磥?lái)開(kāi)發(fā)有足夠高價(jià)值的小行星,，作為探測(cè)目標(biāo)。

　　綜合考慮各種因素,，一顆發(fā)現(xiàn)于1999年,，編號(hào)為1999 RQ36的近地小行星——貝努成為了冥王號(hào)的探測(cè)目標(biāo)。

　　全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩介紹說(shuō),，貝努是一顆富碳小行星,，直徑將近500米。它距離地球最近時(shí)約有750萬(wàn)公里,。

　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員劉玉娟在一篇文章中介紹,，貝努的年齡超過(guò)45億歲，并未經(jīng)歷過(guò)劇烈的變化,，意味著它表面和內(nèi)部的物質(zhì)都是太陽(yáng)系誕生時(shí)產(chǎn)生的,，其組成成分很可能包含生命最初在地球上形成時(shí)的物質(zhì)。研究這樣的小行星,，有助于科學(xué)家認(rèn)識(shí)早期的太陽(yáng)系,，包括地球的形成方式,，以及生命起源的問(wèn)題,。

　　全新“接觸即離”方式幾秒鐘完成采樣

　　冥王號(hào)是美國(guó)首個(gè)小行星采樣返回探測(cè)器，于2016年9月9日發(fā)射升空,，2018年12月飛到貝努小行星附近,。

　　龐之浩介紹，冥王號(hào)此行有幾個(gè)科學(xué)目標(biāo),，包括從貝努表面采回足夠量的風(fēng)化層物質(zhì),，繪制原始碳質(zhì)小行星的全球特性、化學(xué)特性,、礦物學(xué)分布情況圖,，在采樣地點(diǎn)記錄風(fēng)化層的質(zhì)地、形態(tài),、星體化學(xué)和光譜特性等,。

　　鄭永春表示，采樣區(qū)的選擇,，主要有兩方面要求,，一是希望樣品有特點(diǎn)、信息豐富,，具備更高的科學(xué)價(jià)值,；二是必須有一塊面積較大、地勢(shì)平坦的區(qū)域，才能保證安全,。經(jīng)過(guò)綜合考慮,，冥王號(hào)選擇了名為“夜鶯”的采樣區(qū)。

　　龐之浩介紹,，此次采樣采用了“接觸即離”方式,，采樣過(guò)程只用幾秒鐘。其間,，冥王號(hào)并沒(méi)有著陸,，而是在接近目標(biāo)時(shí)伸出采樣機(jī)械臂，用機(jī)械臂末端的采樣器完成采樣,，然后迅速飛離,。這種方式省去了采樣前著陸、固定,，以及起飛前的解鎖過(guò)程,；探測(cè)器在慣性下落時(shí)，也提供了采樣所需的力,。

　　冥王號(hào)的采樣器采用了一項(xiàng)全新技術(shù),。龐之浩說(shuō)，當(dāng)采樣器接觸到小行星地表時(shí),，會(huì)噴射出純氮?dú)怏w,，把貝努表面的部分表土層物質(zhì)吹入樣品返回艙。采樣器在接觸地表時(shí),，也可以取得一部分樣品,。冥王號(hào)攜帶了3罐氮?dú)猓軡M足3次采樣嘗試,。地面模擬試驗(yàn)表明,，它能夠采得超過(guò)60克樣品。

　　龐之浩說(shuō),，采樣完成后,，冥王號(hào)計(jì)劃于2021年3月踏上歸途，在2023年9月將重達(dá)46千克的采樣返回艙送回地球,。不過(guò)它不會(huì)再入地球大氣層,，而是在進(jìn)入大氣前4小時(shí)釋放采樣返回艙，隨即進(jìn)行碰撞規(guī)避機(jī)動(dòng),，讓采樣返回艙獨(dú)自回到地面,。冥王號(hào)自己則進(jìn)入環(huán)繞太陽(yáng)的軌道繼續(xù)飛行。

　　月球與小行星采樣各有難點(diǎn)

　　冥王號(hào)并不是人類第一個(gè)在小行星采樣的探測(cè)器,。

　　2003年5月,，日本發(fā)射隼鳥號(hào)探測(cè)器，幾經(jīng)波折，從糸川小行星上采集到約100毫克塵埃,，于2010年6月返回地球,。

　　2014年12月，日本又發(fā)射隼鳥2號(hào)探測(cè)器,。它于2019年2月在龍宮小行星著陸采集表面樣本,，并發(fā)現(xiàn)了水合礦物質(zhì)。同年4月,，它向龍宮發(fā)射了一枚金屬?gòu)?，隨后收集了被激起的物質(zhì)。目前,，隼鳥2號(hào)正在返回途中,，計(jì)劃于今年底將小行星樣品送回地球。

　　相比日本這兩次小行星采樣計(jì)劃,，冥王號(hào)項(xiàng)目除了科學(xué)目標(biāo)不同,，在采樣、降落導(dǎo)航等方面也采用了全新的技術(shù),，同時(shí)在伴飛距離上大幅縮短,。此外，60克的樣品采集量,，堪稱阿波羅計(jì)劃之后人類太空采樣之最,。

　　近年來(lái)，各國(guó)紛紛啟動(dòng)行星探測(cè)計(jì)劃,。我國(guó)就計(jì)劃在今年11月下旬發(fā)射嫦娥五號(hào)探測(cè)器,，實(shí)施月球采樣返回任務(wù),。那么月球與小行星在登陸采樣方面有何不同,？

　　楊宇光表示，行星或矮行星的個(gè)頭大,、引力大,，著陸及采樣方式與小行星任務(wù)并不相同，因而在整個(gè)工程設(shè)計(jì)上都不一樣,?！皬娘w行器設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，冥王號(hào)和普通軌道飛行器沒(méi)有太大差異,，主要是增加了一些在微重力條件下采樣的設(shè)備,。”楊宇光說(shuō),，而行星的巨大引力會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器環(huán)繞,、降落的速度非常快，這給工程帶來(lái)了很大難度,。

　　盡管如此,，小行星采樣也有許多技術(shù)挑戰(zhàn)。鄭永春介紹,，小行星在行星學(xué)中被稱作“非合作天體”,，由于其幾乎沒(méi)有引力，跟探測(cè)器之間沒(méi)有相互作用,，因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)小行星的伴飛,、環(huán)繞以及著陸，完全要依靠探測(cè)器自身的動(dòng)力,，這對(duì)探測(cè)器的姿態(tài)調(diào)整及控制精度提出了很高要求,。

　　此外，小行星距離地球較遠(yuǎn),，近地點(diǎn)往往也要數(shù)百萬(wàn)公里,，遠(yuǎn)大于月球與地球之間的距離，加上其目標(biāo)小,、速度快,，這都給探測(cè)任務(wù)的軌道設(shè)計(jì)增加了難度。

　　據(jù)媒體報(bào)道,，我國(guó)也在開(kāi)展小行星探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),。根據(jù)目前的計(jì)劃，我國(guó)將發(fā)射一個(gè)探測(cè)器,，先環(huán)繞近地小行星2016HO3飛行,，再擇機(jī)登陸采樣，將樣品返回艙送到地球附近釋放,。隨后探測(cè)器繼續(xù)飛行,，借助地球和火星引力到達(dá)小行星帶，對(duì)名為133P的主帶彗星進(jìn)行探測(cè),。（記者 付毅飛）

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責(zé)任編輯： 王佳寧