“隼鳥2號”上連蹦帶跳的漫游器

文/遲惑

在我們的印象里，外星漫游車應(yīng)當是那種裝著6個輪子和升降式光電塔，在外星球布滿了巖石的粗糙表面上緩緩行進的小車子。但是隼鳥2號探測器所攜帶的漫游器卻是蹦著走的。這是不是有點搞笑？

然而這是技術(shù)上正確的選擇。龍宮小行星的質(zhì)量比月球還要小很多。物體在這里不會得到足夠的引力，任何輪子都不能保證牢固抓地。而引力小能帶來另外一個好處，彈跳力很小的設(shè)備就能蹦得很遠，所以，還不如用蹦跳機構(gòu)來實現(xiàn)漫游器的運動。

蹦跳的彌涅爾瓦

早在“隼鳥1號”計劃期間，就攜帶了一個小型的蹦跳漫游器前往糸川小行星。這個漫游器名叫“微納實驗型小行星機器人”，英文簡寫作MINERVA，正好是希臘神話里智慧女神彌涅爾瓦的名字。不過這臺機器人扔下去就失聯(lián)了，只傳回了一張“隼鳥1號”太陽能電池的照片就杳無音信。

日本宇宙與航空開發(fā)機構(gòu)（JAXA）的科研人員檢查有關(guān)數(shù)據(jù)之后，發(fā)現(xiàn)這只是設(shè)計制造不完善的結(jié)果，總體方案還是行得通的。因此在“隼鳥2號”上，JAXA一口氣裝了3臺第二代“微納實驗型小行星機器人”（MINERVA-II），分別是兩臺日本空間科學研究所與日本會津大學聯(lián)合研制的MINERVA-II-1，一臺日本東北大學、東京電機大學、大阪大學、山形大學和東京理科大學聯(lián)合研制的MINERVA-II-2。這就是我們在前文中提到的圓柱形漫游器。

▲ MINERVA-II-1漫游器特寫

▲ 移動式小行星表面探測器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，綠色的就是擺錘

2018年9月 22日，MINERVAII1的兩臺探測器從60米高度——“龍宮”引力很小，不會摔壞——被扔到了這顆小行星表面。在下降過程中，MINERVA-II-1上的相機發(fā)回了好幾張充滿動感的照片。降落到“龍宮”表面之后，MINERVA-II-1會啟動一種叫做“扭矩器”的設(shè)備?！芭ぞ仄鳌睂嶋H上是一個轉(zhuǎn)動慣量比較大的電機。根據(jù)角動量守恒的原理，當物體內(nèi)部的某個部分產(chǎn)生了角動量，其他部分就會產(chǎn)生相反的角動量。在這部分角動量的驅(qū)動下，MINERVA-II-1的底板會對星球表面產(chǎn)生反作用力，把自己彈起來。底板是一個能低速旋轉(zhuǎn)的圓盤，“扭矩器”就裝在上面。通過調(diào)整圓盤的角度，就可以讓MINERVA-II-1向不同的方向蹦跳，然后自由落體降落在另一個位置。通過調(diào)節(jié)“扭矩器”的磁場強度，可以改變彈跳的速度，最大可以達到每秒9厘米。但是絕不能超過“龍宮”的逃逸速度，否則MINERVA-II-1就會跳進宇宙里回不來了。這種蹦跳方式很難精確控制，但是考慮到“龍宮”是一顆陌生的星球，處處是未知，落到哪里都可以獲得科學成果，不精確也是可以接受的。

兩只MINERVA-II-1漫游器及其容器總質(zhì)量為3.3千克，容器尺寸22.5厘米×22.5厘米×20.5厘米。單個MINERVA-II-1漫游器質(zhì)量為1.1千克，直徑18厘米，高7厘米。每個漫游器上攜帶了一臺廣角相機、一臺立體相機、一臺溫度傳感器和光電二極管，以及相應(yīng)的姿態(tài)敏感器件。

MINERVA-II-2的體積要比MINERVA-II-1大一些，達到15厘米×16厘米，質(zhì)量卻只有1千克。它在宇宙飛行期間同樣收納在一個容器里，容器尺寸為17.5厘米×17.5厘米×20.5厘米。它所攜帶的儀器類型和MINERVA-II-1基本相同。

3臺MINERVA-II漫游器的側(cè)面和頂面都貼有太陽電池，最大功率只有2瓦。它們的內(nèi)部還裝有蓄電池，但只能工作幾分鐘。如果只是給計算機和傳感器供電，太陽電池的功率還是夠用的，但在實施跳躍或者向母星發(fā)射信號的時候，就必須要動用電池里的電力。

只掄一次的MASCOT

除此之外，“隼鳥2號”上還有一臺法國航天局和德國宇航中心聯(lián)合研制的“移動式小行星表面探測器”（MASCOT）。

MASCOT的運動方式腦洞更大。它是一個四四方方的盒子，尺寸30厘米×30厘米×20厘米，質(zhì)量11千克。在它的內(nèi)部，裝著可見光相機、紅外波譜儀、磁力計和近紅外高光譜顯微鏡。這四件科學儀器加起來的質(zhì)量只有3千克，其他8千克中，除了結(jié)構(gòu)框架，就是運動機構(gòu)了。2018年10月2日，MASCOT從“隼鳥2號”上沿著一個傾斜的坡道滑出，掉落在“龍宮”上。MASCOT啟動各個方向上的敏感器，首先判明自己的姿態(tài)，然后開始翻跟頭。在它的內(nèi)部，裝著一個能轉(zhuǎn)動的擺錘。當它轉(zhuǎn)動起來，就會把自己“掄”出去。

然而MASCOT并不打算在“龍宮”表面來回打滾，它沒有太陽能電池，只能靠自己攜帶的電池工作，而且設(shè)計續(xù)航時間長達12個小時，所以沒有多少電力可以用來運動。它只“掄”自己一次，只要恢復到設(shè)計的姿態(tài)，讓所攜帶的科學儀器能正常工作，就再也不動了。為了一次就掄到位，擺錘裝在了盡量遠離總體重心的位置，這樣就能用盡量少的能量實現(xiàn)有效翻滾。

目前這四臺儀器都已經(jīng)在“龍宮”表面正常工作，為我們發(fā)回了相當多有價值的信息。

眼下，“隼鳥2號”還在繞著“龍宮”飛行拍攝，炮打小行星的歷史性一刻還沒有到來。這也可以算是2019年航天領(lǐng)域一件值得期待的事情了。