隼鳥歸來:“銜回”了什么?

陳 言

7月5日,日本媒體《朝日新聞》報道說,日本宇宙航空研究開發(fā)機構(JAXA)已經(jīng)從小行星探測器“隼鳥”(Hayabusa)的密封艙里抽取到少量氣體,并從中發(fā)現(xiàn)了一些微粒子。如果這些微粒子能夠被證明的確是從小行星絲川上獲取的物質,這將是人類在探索宇宙過程中又一次里程碑式的進步。

隼鳥從2003年5月9日被放飛——在日本鹿兒島乘坐M5火箭離開地球——到2010年6月13日降落到澳大利亞沙漠,共飛行7個年頭,行程60億公里,兩度登上小行星“絲川”。眼下,人們正期待著從它的密封艙中找到46億年前太陽系生成時留下的最原始記錄。

前蘇聯(lián)的“路那計劃”、美國的“阿波羅計劃”讓這兩個國家從月球上拿到“月石”標本、從彗星上收集了塵埃。隼鳥如果成功的話,“銜回”的將是人類從未見過的第三種太陽系物質——行星絲川上的標本。

預計在今年8月之前,科學家要對從隼鳥密封艙獲得的物質進行分析,看是不是在發(fā)射前從地球上混入的。

“日本是個以開發(fā)機器人技術見長的國家,隼鳥集中了日本在這個領域的最新技術。這些年,‘日本制造受到很多質疑,隼鳥的飛回,讓日本有了新的信心。”日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所副所長井上弘基對《中國新聞周刊》說。

宇宙開發(fā)往往需要大量的資金,日本在這方面每年的預算為20億美元,只相當于美國宇航局(NASA)的1/20。隼鳥的開發(fā)費用大約為1.3億美元,這一花費與美國宇航局對同類探測器的預算相比是很少的。不論從行星絲川上拿到標本與否,放飛7年后能回到地球,這已經(jīng)足以讓日本的航天技術受到世界矚目。

飛行20億公里,靠近絲川

在距離地球20億公里以外的地方,有一顆叫做“絲川”的小行星。

地球繞太陽一圈為1年,絲川則需要1.5年。發(fā)現(xiàn)這個只有540米長、形狀如同花生的小行星的是美國的一個觀察小組,日本宇宙航空研究開發(fā)機構受這個美國小組的委托,以有“日本航天之父”之稱的原東京大學教授絲川英夫的名字為這顆小行星命名。

從地球到絲川,往返距離為40億公里,隼鳥需要飛行兩年零四個月。因而,隼鳥一開始就要做得特別精巧——它的頭部只比家用冰箱大一點。隼鳥使用了一種叫做“離子引擎”的新型發(fā)動機,作為它在離開地球后推進飛行的動力。與過去在探測器上使用的其他化學引擎相比,離子引擎更適合于長時間進行宇宙航行。

在北京的NEC公司職員山本先生對《中國新聞周刊》介紹說,“隼鳥是NEC為宇宙航空研究開發(fā)機構開發(fā)和制造的。我們公司從該機構大致拿到了1億美元的相關費用。這次研發(fā)最大的成功就是離子引擎。隼鳥的回歸,說明這種引擎有很強的可靠性。”

離子引擎的最大特點是使用的燃料少而動力大。在地球上撿起一枚硬幣的動力,在離開地球后就能讓隼鳥以時速5000公里的速度向小行星飛去。

但是,單程20億公里的航程,單靠離子引擎是不足以到達的。隼鳥在飛行中還使用了借力飛行軌道技術。這一技術依靠地球的重力場,可以不使用探測器的燃料就改變其軌道的方向及速度。

隼鳥升天后第18天,離子引擎開始點火。差不多一年以后,隼鳥開始調整軌道,通過離子引擎加借力飛行的方式,逐步靠近絲川。

隼鳥只攜帶了幾十公斤的燃料,便完成了這次漫長的航程。

一波三折,兩度登陸絲川

隼鳥用兩年零三個月的時間完成20億公里飛行后,于2005年11月20日開始第一次在絲川上著陸。

按計劃,隼鳥通過拍攝絲川表面的圖像,經(jīng)自己處理后決定著陸地點。但令人感到麻煩的是,隼鳥在著陸時圖像處理功能出了問題。

在知道隼鳥已經(jīng)不能自己選擇著陸地點后,“我們只好幫助隼鳥著陸。”NEC公司高級工程師白川健一在接受日本《每日新聞》采訪時說,如果從地球向20億公里外的隼鳥發(fā)送指令,40分鐘以后才能送達,那時隼鳥的狀態(tài)已經(jīng)有了很大的變化。顯然,隼鳥無法靠地球的指令來工作。

負責控制隼鳥姿勢的白川并不直接負責它的著陸,但當他看到控制室的其他同事在焦急地處理相關問題時,自己也開始收集相關信息。經(jīng)過努力,白川開發(fā)了一套能夠推定隼鳥大致位置的程序,以幫助其尋找著陸方式。最終,隼鳥依靠這一程序成功著陸。

按照設計,隼鳥在著陸前,應該發(fā)射一個球體打在絲川的巖石表面上,這一發(fā)射濺起的灰塵在隼鳥降落時將落入其容器里。但事實上隼鳥在著陸前未能發(fā)射出球體,現(xiàn)在,人們只能期待在其著陸時有灰塵“落入”到它攜帶的容器中——哪怕有一粒沙子大小的物質落入容器,也是人類第一次獲得的小行星標本。

小行星在太陽系誕生46億年前就保持了現(xiàn)在的狀態(tài),直接分析小行星上的物質,能對太陽系的歷史及成長過程找到新的發(fā)現(xiàn),如果有有機物的話,還能對生命的起源做出新的解釋。

地球上不斷有流星(隕石)落下,但隕石在通過大氣層時遭遇的高溫,以及落到地球后受到的地球環(huán)境的影響,會令它所含有的物質出現(xiàn)種種變化。而直接從絲川上提取的標本則不會受這些因素的影響。

日本茨城大學礦物學教授野口高明在回答日本媒體采訪時說:“隼鳥帶回的物質保有宇宙空間中的狀態(tài),也許能讓我們找到隕石上所沒有的物質,得到分析隕石所無法得到的新結果。”從現(xiàn)在到8月份,人們將密切關注隼鳥密封艙中從絲川上帶回的任何蛛絲馬跡。

第一次著陸成功后,隼鳥一度離開絲川,其后的11月26日,隼鳥第二次在絲川上著陸。這次著陸本可以期待更多成果,但隼鳥開始不斷出現(xiàn)故障。

命運多舛,出人意料回歸地球

第二次著陸絲川,的確是隼鳥命運的巨大轉折。

2005年12月8日,可能是由于燃料泄漏所致,隼鳥癱瘓在絲川上,接著失去了和地球之間的通訊。“隼鳥可能要消失了。”控制室里的很多人都在心里對自己說。

日本長野縣設置的直徑64米的巨型天線,雖然還在積極尋找來自隼鳥的信息,并不斷把地面指令發(fā)送出去,但沒有收到任何回音。

2006年新年過后的1月23日,在東京遠郊相模原市的宇宙航空研究開發(fā)機構管制室里,西山和孝副教授瞟了一眼7個星期以來沒有任何變化的電腦屏幕,感覺曲線發(fā)生了一點微弱的變化。在這天的日記上,西山寫道:“我在4.35千赫的頻道上發(fā)現(xiàn)了信號,終于我們又能和探測器進行電波聯(lián)系了。”只要有電波能傳過來,地面控制室就會想盡辦法為隼鳥“治療傷病”。此時,在人們的想象中,隼鳥已經(jīng)傷痕累累。

讓隼鳥重新回到地球顯然不是一件容易的事。白川健一想到了太陽光的壓力,他想通過這個壓力來調整隼鳥的姿態(tài),讓它飛回地球。但在并不清楚隼鳥狀態(tài)的情況下,預測太陽光的壓力非常困難,只能靠想象來一點一點地調整。

到了2009年11月,眼看著隼鳥已經(jīng)接近地球,此時引擎卻停止了工作。這一消息傳到NEC主管堀內康男那里時,4個引擎中的3個已經(jīng)不能工作,靠剩下的一個引擎讓隼鳥返回地球非常困難,加上12臺調整飛行姿態(tài)的化學引擎全部出了故障,這回也許隼鳥真的飛不回來了。

堀內提議讓兩個已經(jīng)不能工作的引擎中沒有損壞的部分連在一起,組成一個新的引擎。“我們在地面上從未做過這樣的實驗,也許這么一來會加重隼鳥損壞的程度。”但死馬要當活馬醫(yī)。負責引擎控制的國中均教授同意了堀內的建議,結果竟然真的拼裝出了一個可以使用的引擎。隼鳥就靠著這個拼裝的離子引擎,加上剩下的那個正常引擎,比原計劃多飛行了20億公里,多用了3年的時間,“一瘸一拐地”在2010年6月13日晚,劃過澳大利亞沙漠上空回到了地球。

四大成就推動日本特色宇航事業(yè)

日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所副所長井上弘基對《中國新聞周刊》說:“隼鳥的技術成就主要反映在4個方面。第一是使用離子引擎進行了宇宙航行,隼鳥的航行以此為動力,比原計劃多走了20億公里,多用了3年時間;第二,隼鳥兩次登陸絲川,使用了自動航行、自動著陸系統(tǒng),這在宇宙航空中還屬首次;第三,在沒有重力的環(huán)境下采集樣本;第四,隼鳥通過密封艙將樣本帶回地球。”前三個成就已經(jīng)讓世界看到了日本宇航技術的最新進展,而最后一個成就是否實現(xiàn),還要看目前正在進行的對密封艙的檢測結果。

隼鳥的回歸極大鼓舞了日本的民心。紀錄片《隼鳥回歸地球》從6月20日開始在大阪市立科學館上映后,場場爆滿。該館決定在11月28日以前,每天上映這部紀錄片。另外,它還將在千葉縣和福島縣的科學館上映。

影片中隼鳥劃破夜空,降落在澳大利亞沙漠里的鏡頭,讓觀眾看得熱淚盈眶。“百折不撓,隼鳥給了我生存下去的勇氣”“我不知不覺地給隼鳥鼓起掌來,簡直不相信那是一個探測器。”一些觀眾激動地說。

從1956年開始從事宇航研發(fā)的NEC公司,在隼鳥回歸后也堅定了繼續(xù)從事相關研究的決心。2001年該公司并購了東芝的相關部門,到2009年,其事業(yè)規(guī)模已經(jīng)上升到5億美元。10年后,NEC將會把宇航事業(yè)的規(guī)模提升到10億美元左右。

目前,日本政府開始向隼鳥的后續(xù)項目追加投資。一個新的不同于美俄的宇航項目、一個經(jīng)費節(jié)儉的宇航事業(yè),正在日本重新開始推行起來。★