登陸彗星 菲萊譜傳奇

司馬杭仁

羅塞塔彗星軌道器，經過2個月對67P彗星表面的繪圖，探測其引力、質量、形狀和大氣等，以及挑選著陸地點后，將在今年11月11日，向67P彗星的彗核投放其所攜帶的世界第一個彗星著陸器菲萊。菲萊著陸后，將在其表面進行考察，對該彗星核以及彗星射出的氣體、塵埃進行詳細研究，以幫助弄清與太陽系形成和生命起源相關的奧秘，幫助科學家們進一步了解彗星的性質和組成。預計，這項探測任務將于2015年12月結束。

人類對彗星的探測歷程

至今，人類已開展過兩次大規模發射彗星探測器的活動，第一次是在20世紀80年代，第二次是從1999年到現在。從技術上講，第二次與第一次相比發生了質的飛躍，對世界范圍內的其他空間探測也有巨大的推動作用。

1984-1986年，全世界先后發射了5個哈雷彗星探測器，目的是對著名的哈雷彗星回歸進行探測。但是這次大規模彗星探測沒有直接登陸彗核進行研究，也沒有收集彗星物質返回地球。

2004年3月2日發射的歐洲羅塞塔首次實現了近距離繞彗星運行、首次伴彗星一起在接近太陽的過程中邊飛行邊觀測。

2005年1月12日發射的美國深度撞擊用于探測彗核內部與其表面之間的不同。這是人類第一個實際接觸并探索彗星的空間活動。2010年11月4日，深度撞擊軌道器又從近距離掠過哈特利-2彗星時拍攝了彗星的罕見特寫圖像，成為首個近距離造訪2顆彗星的探測器。

2006年1月15日，美國星塵返回艙首次攜帶懷爾德-2彗星樣本返回地球。星塵于2004年1月2日與懷爾德-2彗星交會，并捕獲了彗星物質粒子。現有100名專業研究人員和上千名業余好者參與彗星塵埃的分析和研究，完整的分析可能要耗時10年。

兩器各顯神通

羅塞塔由14個歐洲國家及美國的50余家公司參與，項目主承包商為歐洲阿斯特里姆公司。它的起飛重量3000千克，由羅塞塔軌道器和菲萊著陸器組成。軌道器用于分析彗星的物理和化學構成及其電磁和引力等特性；著陸器裝有用于取樣和就地研究分析的探測儀器。

羅塞塔軌道器為長方體結構，尺寸為2.8米×2.1米×2.0米；主推進系統采用24臺10牛雙組元推力器；雙太陽電池翼的總面積為64平方米，每個太陽電池翼由5塊太陽電池板構成，可旋轉180度，功率在距離目標彗星3.4AU處為850瓦，距離該彗星5.25AU處為395瓦；頂部的有效載荷艙安裝了總質量165千克的有效載荷，側面安裝了1副直徑2.2米的可控高增益天線。

著陸器菲萊的名字是由一個15歲的意大利女孩提出的，這個女孩在歐洲年輕人命名探測器的競爭活動中勝出。菲萊大小如同一個電冰箱，由1塊基板、1個儀器平臺和1個多面體夾層組成，所有結構采用碳纖維。實際上，菲萊是一個微型實驗室，裝備了10種總質量為26千克探測設備，這些設備將用于對彗核表層以下的物質取樣，并把拍到的照片通過羅塞塔傳回地面控制中心。這些設備標志著歐洲對太空研究的全新戰略思路和設計理念。

成功探測彗星的關鍵點

羅塞塔將于2014年11月11日向彗星表面投放100千克重的菲萊著陸器，它落在彗星冰蓋上并進行化學檢測。這將是航天器首次登陸彗星，也是一次從沒有嘗試過的危險實踐。

如果登陸成功，該著陸器將在彗星表面采集樣品，并拍攝與67P彗星一起于2015年8月到達近日點時的圖片。2014年8月至2015年底，羅塞塔會伴隨著67P彗星逐漸接近太陽，從而探測在太陽光的加熱作用下彗星生成的氣體和塵埃（即彗發），并對彗星的重力場、質量和外形等進行全面的探測。科學家希望通過羅塞塔的工作，對這些神秘的冰凍天體有更多的了解，這或許對揭開太陽系早期環境的謎題有所幫助。2015年12月，羅塞塔將完成使命，回到地球附近。整個彗星探測任務將歷時10～11年。

這次對彗星的探測能否成功，第一個關鍵點是，要看菲萊能否在彗星表面成功著陸。菲萊裝在羅塞塔軌道器的側面，著陸時采用腿式緩沖機構。由于該彗星的引力很小，當著陸器在彗星表面著陸時要防止被彈出去。科學家們將使菲萊減速后緩慢自然降落，速度是1米/秒。即使是這樣，仍舊像人在行走時撞上墻一樣，所以著陸器有3條“腿”，在與彗核接觸瞬間3條腿可以吸收掉大部分撞擊功能，起到緩沖作用。一旦同彗核接觸，立即伸出一個類似“魚叉”的叉鉤，將自己固定在彗核表面。這就像停靠港口的航船拋錨一樣。

另一個關鍵點是羅塞塔可以獲得多少太陽能。在飛行中，它要展開一對14米長的太陽電池翼，并能夠在極低溫的狀態下吸收微弱的太陽能。菲萊也必須調整好太陽能電池板，因為著陸后它就必須依靠太陽能發電維持工作。但它身處碎屑噴射的環境下，太陽電池板將很容易被塵埃覆蓋而影響發電效率。

菲萊考察的最短時間為幾星期，但也可能會持續數月。在菲萊著陸器失效后，羅塞塔軌道器將繼續跟隨彗星運動。如果菲萊著陸器能夠成功在彗星著陸，它將在空間探測領域創造新奇跡。