突破诸多技术障碍 日本成功登陆小行星

2018年09月25日08:14  来源:科技日报
 

据报道,北京时间9月22日凌晨,日本“隼鸟二号”探测器向小行星“龙宫”释放了两个微型机器人“智慧女神-II1A”和“智慧女神-II1B”。“这是人类历史上首次完全成功地实现表面探测器在小行星上登陆。”北京理工大学自动化学院副教授曾祥远在接受科技日报记者采访时表示。

日本为什么选择“龙宫”这颗小行星?“‘龙宫’小行星编号为1999JU3,直径约1公里,自转周期约为7.6小时。” 曾祥远告诉记者,“龙宫”为存在撞击地球潜在威胁的小行星,与地球最近距离仅为10-4AU(AU为地球与太阳的平均距离)。“龙宫”在地球和火星之间的轨道上运行,被认为含有水和有机物,与约46亿年前地球诞生时的状态相近,极具研究价值。

此次探测器成功登陆“龙宫”,突破了哪些技术障碍?

“弱引力场是人类进行小行星探测的障碍之一。”曾祥远表示,“龙宫”表面的重力加速度约为地球的十万分之一,其表面逃逸速度量级为cm/s,此时,传统探测器如果在小行星表面遇到颠簸或者陡坡,极易弹跳或者翻车,甚至其速度直接超过逃逸速度,成为一颗围绕小行星飞行的轨道器,因此探测月球、火星等的轮式探测车几乎无法在小行星上使用。此外,月球、火星等行星表面多为岩石结构,还有较为平坦的区域,而“龙宫”这类的小行星往往由于风化原因,表面被沙石覆盖,地形复杂,也不适合传统的轮式探测车执行任务。

“此次成功着陆的两个微型机器人均内置动量轮,以适应‘龙宫’表面的微弱引力和复杂地形。基于系统近似动量守恒,内置动量轮转动时,微型机器人也会向相反的方向转动,从而弹跳起来,每次弹跳时间约为15分钟,以此实现探测器在小行星表面的移动,从而获取相关实验数据。”曾祥远进一步指出,微型机器人直径约为18厘米,高度约7厘米,质量约为1.1千克,是“矮胖”型圆柱体,携带着相机、温度计等设备,可以拍摄小行星表面照片并收集温度等信息,配合后续将登陆的“智慧女神-II2”探测器携带的加速度计、磁强计以及红外光谱仪等探测仪器,将获得小行星的表面物质组成、地质分布、地形细节等信息。此外,“隼鸟二号”计划总共进行3次采样任务,其中2次采样目标为“龙宫”表面物质,还有1次采样任务与以往不同,为爆破采样,即炸开地表,采集地表以下的物质,预计2020年采样返回。

事实上,小行星探测领域仍面临诸多难点。首先,表面探测器的弹跳轨迹控制难度大。小行星表面地形复杂,探测器在沙地和岩石上的弹跳轨迹不一,能否准确弹跳到人类感兴趣的地点,仍是世界性难题。其次,多目标任务仍需优化设计。一次发射、探测多颗小行星这样的多星交汇探测任务能够大大节省航天成本、提高深空探测效率,然而该技术目前尚不成熟。此外,新型探测轨道也亟待开发。小行星的自旋周期较短,如果能够利用太阳帆提供控制力,使得轨道器在人类感兴趣的地点上空长时间悬停飞行,便可获得传统的绕飞形式无法探测到的科学数据。

日本成功登陆小行星“龙宫”掀起了深空探测的又一热潮,那么人们为何如此热衷探究小行星呢?“天文学界普遍认为,在太阳系形成早期,小行星就已经出现在浩瀚宇宙中了,因此小行星较为完整地保存了太阳系早期信息。”曾祥远表示,目前人类开展深空探测,最关心的问题是太阳系如何演化形成诸多行星,行星如何促进前生物物质的形成,如含碳有机物、水等,最终如何衍化出生物和人类。小行星探测或将找到太阳系、行星甚至生命起源、演化的线索。(于紫月)

(责编:姜淑敏(实习生)、熊旭)

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