悄然兴起的小行星探测热潮

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随着科学技术的发展，人类已逐渐认识到，探测小行星具有重要意义。因此，近些年在全球掀起了小行星探测热潮，尤其是美日竞相发射小行星探测器，并取得了显著成就。

与爱神亲密接触的“尼尔”

1996年2月17日，美国“德尔它”2号火箭发射了世界首个小行星探测器“尼尔”（又称“近地小行星交会”）探测器。它重805千克，由霍普金斯大学应用物理学实验室设计和建造，用于探测“爱神星”小行星。在飞向“爱神星”的途中，它曾经路过另一颗小行星马蒂尔达，并为它拍摄了多张照片。1998年1月8日，它还曾回到地球附近，以便借助地球引力为自己加速。

1998年12月20日，“尼尔”探测器上的主发动机进行了首次机动点火，但这次本应持续10分钟的工作却只持续了200毫秒。据后来分析，造成主发动机提前关机的原因可能是发动机起动过猛。在这种情况下，“尼尔”的首次入轨尝试以失败告终，只是在1998年12月23日从“爱神星”附近路过时匆忙地拍了一些照片。

首次交会和入轨失败后，“尼尔”只得按照美航宇局新的安排等待重新尝试的机会。2000年2月14日美国东部标准时间10时33分，“尼尔”点燃了它的肼燃料主发动机。发动机工作53秒后，把探测器相对于爱神星的速度降到了约1米/秒，从而使“爱神星”得以利用其微弱的引力将探测器拉进了围绕它运行的轨道。这是人类发射的航天器首次成功地进入围绕小行星运行的轨道。

据估计，这是一条高327千米～450千米的椭圆形轨道。通过机动对轨道进行数次调整，探测器于2000年3月10日进入200千米高的圆轨道，4月10日又把轨道降至100千米。到5月份，它的轨道高度将进一步降低到50千米。

“尼尔”探测器上带有6台仪器。进人小行星轨道后，它上面的相机、激光测距仪和无线电科学实验设备便开始工作，以确定爱神星的尺寸、质量、密度和磁场及岩石成分，使控制人员能把探测器安全地送到距其表面更近的轨道上。探测器上的磁强计则开始寻找该小行星周围存在磁场的证据。降至更低的轨道后，X射线和Y射线光谱仪测量了爱神星的元素组成情况。2000年8月份，该探测器把轨道高度提高到500千米，以便拍摄完整的爱神星照片。

到2000年底，“尼尔”机动到距爱神星仅几千米的地方，以利用近红外光谱仪研究“爱神星”表面上仅有小柚子大小的岩石成分。2001年2月12日，在探测任务结束之际，“尼尔”首次以硬着陆的方式降落到“爱神星”的表面上，结束了长达5年的富有成果的太空之旅。

美国航宇局负责该项目的官员披露说，在5年的太空活动中，“尼尔”飞行了32亿千米，其中1年是绕“爱神星”飞行，共拍摄了16万幅图片，搜集了比科学家原先计划还多10倍的数据，“这次任务很成功，超过了原来的预期。”

“隼鸟”号的七年之旅

2003年5月9日，日本发射“隼鸟”号小行星探测器。它用于探测位于地球和火星之间距离地球3亿千米的“糸川”小行星（“糸”字读音同“觅”），并采集样本带回地球供科学家研究。

2005年9月12日，“隼鸟”号飞抵离“糸川”小行星20千米的预定轨道。它用自身携带的X射线和红外探测仪观测了“糸川”小行星表面情况，收集其成分和地形数据。2005年10月份，“隼鸟”号陆续降低运行高度，进一步接近小行星，从10千米之内对其进行观测。在“隼鸟”号环绕“糸川”小行星运转期间，仍以氙离子火箭发动机提供动力。由于“隼鸟”号上4台氙离子火箭发动机中的2台先后出现故障，且精确控制方向费时较长，所以从2005年11月10日起，“隼鸟”号探测器的动力装置转为使用化学火箭发动机。

2005年11月1 2日，“隼鸟”号的厄运来了。它在距离小行星表面55米高的地方向“糸川”小行星表面投放了所携带的“智慧女神”子探测器，以采集“糸川”小行星表面数据，为“隼鸟”号探测器此后进行的两次登陆“糸川”作准备。但因故障，“智慧女神”子探测器最终失灵了。

虽然“智慧女神”失手，但在2005年11月20日和26日，“隼鸟”号先后2次在“糸川”小行星表面短时间着陆，采集其表面的岩石样本，其中第1次约停留30分钟，然后按地面人员的指令离开小行星地面。在采集“糸川”岩石样本时，“隼鸟”号与“糸川”表面保持垂直角度。“隼鸟”号的斜下方装有激光传感器，用于调整角度。另外，由于“糸川”小行星的引力较小，“隼鸟”号如果先着陆后采集样本，恐怕难保自身平衡，因此采集工作安排在着陆前进行。按照原设计，“隼鸟”号接近“糸川”表面时，伸出样本采集吸管。吸管一接触“糸川”表面，“隼鸟”号就自动发射金属球，击碎岩石，并通过采集吸管将岩石碎片吸入密封返回舱。但这一尝试也没有成功，“隼鸟”号只是通过着陆产生的撞击，吸入飞溅起来的碎石。

虽然出现故障，但“隼鸟”号是否采集到小行星样本当时很难说。因为尽管通过向小行星表面发射2个金属球以采集飞溅起来的岩石的计划似乎未能成功，不过着陆时产生的冲击仍可能令小行星表面被激起的一些沙粒进入探测器密封返回舱。如果能回收这些来自小行星的物质，则可为人类了解太阳系形成初期的情形提供珍贵线索。研究人员说，只要有一粒直径不足0.1毫米的沙子，也是研究太阳系形成过程的重要资料。“隼鸟”号若能成功采集糸川小行星的岩石，则在人类航天史上就具有里程碑的意义。

“隼鸟”号原本定于2005年12月返航，2007年6月回到地球，但在2005年12月，其化学火箭发动机出现燃料泄漏的故障，导致探测器无法保持正确的空中姿态而失踪了7周。最后是通过偶然收到的“隼鸟”号微弱信号才与它联系上，并利用“隼鸟”号上能工作的氙离子火箭发动机恢复正确姿势。不过，这时已经错过了返回地球的窗口，所以只能延期3年返回地球。

2010年6月3日，日本开始让“隼鸟”号氙离子火箭发动机持续喷射，以修正轨道。6月5日，“隼鸟”号完成回归地球前的最后轨道修正。6月13日，“隼鸟”号探测器主体与密封返回舱分离，它们均已以12千米/秒的速度进入大气层（超过美国航天飞机8千米/秒的速度）。不久，探测器主体燃烧殆尽，而进行了耐热处理的密封返回舱，最终成功地降落在澳大利亚南部伍默拉附近的沙漠地带。

2011年3月10日，日本宇宙探索局的研究小组在美国得克萨斯州的“月球与行星科学大会”上，首次对外公布“隼鸟”号带回的微粒的初步分析结果。研究人员发现，微粒中存在橄榄石、斜长石等岩石的大型结晶；研究人员认为，这些岩石可能曾经历高温。同时，他们还发现，微粒与地球上发现的一种陨石特征一致，而且微粒受热后产生的气体不具备地球物质特征。此外，在对岩石的检测中未检出有机物、碳元素等与生命有关的物质。

一举两得效益高

2007年9月27日，美国发射了首个用离子推进技术完成实用型科学探测任务的黎明号小行星探测器，用于在2011年和2015年先后探测火星和木星间的小行星带中最大的2颗小行星——谷神星和灶神星。利用“黎明”号上的同一套科学仪器探测两个不同目标，便于科学家将2套探测数据进行准确的对比分析。

“黎明”号探测器主要使用其它科学卫星备份或使用过的部件，例如，其高度控制系统采用在拖佩克斯·海神和“远紫外探索者”等卫星曾经使用过的系统；其跟踪、遥测和指令系统使用1.5米高增益天线和3个低增益天线。

“黎明”号是第1个在太阳系中环绕2个分离目标轨道的空间探测器，主要原因是它装有3台离子推进器，所以探测器从地球起飞时使用了发射成本较低的火箭。另外，离子推进器还有加速时间长、可取得较大的速度变化和便于控制等优点，所以“黎明”号灵活性更大，发射窗口很长。

“黎明”号离子推进器总共消耗400千克氙燃料，其中在对灶神星进行探测时消耗氙275千克，对谷神星进行探测时消耗氙110千克。其轨道捕获、轨道转移和从灶神星逃逸都使用离子推进器。此外，黎明号还装有12台用于变轨和姿控的小型肼燃料发动机，每台推力为0.9牛。

采用铝结构的黎明号装有高分辨率“轨道观测”小卫星的一些部件，如姿态控制系统、数据管理系统等，目的是节省费用。探测器上的小型深空收发设备、100瓦行波管放大器、高增益天线和中增益天线用于通信和追踪。它装有光谱绘图仪、帧幅（或叫分幅）数码相机、Y射线和中子光谱仪（GR/NS）等科学观测仪器。它们将测量小行星的质量、形状、体积和旋转状态，以及详细的元素和矿物成分，确定其构造和热的变化、磁力、核的大小，为人类带来前所未有小行星上的峡谷、山脉、陨石坑、熔岩痕迹、两极冰帽、湖床河道等景色，有可能发现许多奇特现象，如谷神星也许有一层稀薄的大气和活跃的水文过程，后者使其两极的冰霜有季节性变化，从而改变对它的传统认识。

“黎明”号还携带了磁强计，其探测能力约为±1000纳特。预期在“黎明”号飞行的高度上，灶神星和谷神星的磁场大约是500纳特。

2011年7月15日，“黎明”号进入灶神星小行星轨道，成为首个对火星和木星之间小行星带中的小行星进行探测的空间探测器，并于8月11日正式开始了对这颗巨型岩质小行星的探测任务，对灶神星拍摄了多角度图片，帮助科学家绘制灶神星地形图并开展相关研究。2012年9月5日，“黎明”号离开灶神星轨道，向谷神星飞去，预计在2015年抵达目的地。

未来前景很广阔

由于“隼鸟”号大难不死获得成功，大大鼓舞了日本的航天事业。现在，日本已计划在2014年发射“隼鸟”2号小行星探测器。它将于2020年登陆1999JU3小行星，然后借助机械臂采集1999ju3小行星上的岩石样本，因为其上的矿物质含较多的有机物和水，研究它有助于解开地球生命以及海洋的起源，而且大海起源的奥秘直接关系生命与地球的起源，最终将返回地球。另外，日本还将和欧空局合作，研制比“隼鸟”号更大的小行星探测器。

2016年，美国将发射“奥西里斯”风化层探测者探测器，它可增进对近地小行星的基本科学了解，研究小行星的物质，测绘1999 RQ36小行星的整体特性，测量非引力作用力，并提供观测数据以供与地面望远镜观测作比较，并于2023年携带至少60克1999 RQ36小行星表面物质返回地球。先前的观测表明，1999 RQ36是由原初物质组成的。“奥西里斯”将带来大量有关该小行星组分和结构的信息。这些数据还会为早期太阳系特性及其演化、近地轨道与撞击危险性以及地球生命基石等方面带来新观点。

2017年1月，美国由“宇宙神”5号火箭将发射“埃莫”近地小行星探测器。它将与一个由3颗小行星组成的2001SN263小行星系统进行交会、着陆和探测，用于对未来载人小行星探测计划提供至关重要的实际考察数据。