“隼鳥2號(hào)”采樣：“鳥槍”換“炮”

文/ 松堂

▲ 隼鳥2 號(hào)探測(cè)器探測(cè)“龍宮”小行星模擬圖

▲ 返回地球的樣本返回艙

日本的外星球采樣活動(dòng)主要針對(duì)小行星。早在本世紀(jì)初，日本就發(fā)射了隼鳥號(hào)小行星探測(cè)器，歷經(jīng)千辛萬苦，終于從糸川小行星上帶回了珍貴的巖石樣本。日本在2014年又發(fā)射了隼鳥2號(hào)小行星探測(cè)器，前往龍宮小行星。

“隼鳥號(hào)”的采樣方式，是用兩顆槍彈射擊糸川號(hào)表面，試圖濺起碎石加以采集。但是當(dāng)“隼鳥號(hào)”返回地球之后，人們發(fā)現(xiàn)返回艙里什么都看不到！科研人員把返回艙放到顯微鏡下之后，才找到1500 粒細(xì)小的灰塵。為了多弄一點(diǎn)樣品，在“隼鳥2 號(hào)”研制期間，日本航天科研人員打算改變采樣的方式，把“槍”換成“炮”。

來自反坦克炮彈的設(shè)計(jì)

“隼鳥2 號(hào)”安裝了一個(gè)叫做“小型攜帶式?jīng)_擊器”的設(shè)備，主要是一個(gè)類似于自鍛破片彈原理的炸藥漏斗。

自鍛破片彈也被稱作爆炸成形彈藥，在炸藥表面貼著一層漏斗形的紫銅罩子。當(dāng)炸藥爆炸的時(shí)候。火藥的威力會(huì)把這個(gè)銅罩子向中間擠壓，形成一個(gè)尖頭的圓柱體。這個(gè)圓柱體的飛行速度非常快，幾乎能夠達(dá)到2000 米/秒以上。如果讓它飛到坦克集群的上空之后起爆，用高速的尖頭圓柱體從上往下攻擊坦克的頂部，很容易打出個(gè)大窟窿來。因此，自鍛破片彈的應(yīng)用越來越廣泛。

▲ “隼鳥2 號(hào)”的炮彈

▲ “隼鳥2 號(hào)”的返回艙

▲“隼鳥2 號(hào)”的采樣器

自鍛破片彈是不是真的能用來打小行星呢？在2011年10月，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)在自己的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了一次射擊實(shí)驗(yàn)。他們把自鍛破片彈放在一個(gè)混凝土掩體當(dāng)中，在100 米外設(shè)置了一個(gè)邊長(zhǎng)為4 米的白色靶子，中間還豎著6 個(gè)用白紙糊成的薄板。點(diǎn)火之后，自鍛破片彈的4.7 千克奧克托今炸藥起爆，順利形成了一個(gè)2000 克重的尖頭圓柱體，以2000 米/秒的初速度飛向靶子，不但順利擊穿了6 層薄板，還把靶子打了一個(gè)大窟窿；然后繼續(xù)飛行，在靶子后面的山體上打碎了一大塊巖石。顯然，這個(gè)方法是有效的。

躲起來再開炮

炮彈的威力比子彈大多了，炸飛的碎石完全可能把“隼鳥2 號(hào)”自己打壞，因此必須從一定的距離處開炮才可以。日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的科研人員決定，先把這個(gè)帶著自鍛破片彈頭的“小型攜帶式?jīng)_擊器”從“隼鳥2號(hào)”本體上分離出去。在它向“龍宮”下降的過程中，“隼鳥2 號(hào)”本體先向旁邊躲閃，然后縱向機(jī)動(dòng)，飛到預(yù)定炮擊位置的另一側(cè)去。

“小型攜帶式?jīng)_擊器”在“龍宮”上方約250 米的高度起爆，把一枚彈丸高速射向“龍宮”，同時(shí)自己也炸成一團(tuán)碎片。不過，無論這些碎片還是被彈丸激起的碎石，都會(huì)被“龍宮”本身擋住，不會(huì)影響到“隼鳥2 號(hào)”。等碎石和碎片都飛遠(yuǎn)之后，“隼鳥2 號(hào)”再回到原先的位置飛行，準(zhǔn)備采樣。

為了及時(shí)了解炮擊的位置到底在哪里，“隼鳥2 號(hào)”飛行到與預(yù)定炮擊點(diǎn)大致平行的位置時(shí)，會(huì)先釋放一個(gè)“可部署相機(jī)”。這臺(tái)圓柱形相機(jī)的直徑和長(zhǎng)度都是78 毫米，上面有兩個(gè)鏡頭，自帶電池和通信天線。它可以從1000米外拍攝炮擊過程，第一時(shí)間定位彈著點(diǎn)，節(jié)省采樣過程的時(shí)間。

一切安全之后，“隼鳥2號(hào)”回到“龍宮”上方大約20 千米的地方，開始下降程序。首先要拍攝彈著點(diǎn)的圖像，由地面人員編制圖像匹配程序。然后根據(jù)程序確定飛行彈道和修正量，控制“隼鳥2 號(hào)”逐步向彈著點(diǎn)下降。這個(gè)過程中要不斷修正，確保精確瞄準(zhǔn)。

抵達(dá)小行星表面后，“隼鳥2 號(hào)”就把采樣器頭部伸進(jìn)彈坑，用一個(gè)類似于倒刺結(jié)構(gòu)的管子把碎石和渣土采集起來，送到收納器里，準(zhǔn)備運(yùn)回地球。

2020年12月5日，“隼鳥2 號(hào)”返回艙順利降落在澳大利亞。開艙后，人們發(fā)現(xiàn)其中有5.4 克樣品。雖然只有這么一點(diǎn)，卻是太空探索史上的一大步了。★