不死鸟传奇

　　对未知的探索总是充满危险和不确定性。大航海时代，无数风帆折戟深海；早期的飞行史，无数飞机折翼蓝天；当人类的脚步延伸至太阳系时，又有一些探测器像断了线的风筝一样杳无音信……

　　和航海、航空不同的是，为了飞得更高、看得更远，绝大多数航天探测器都不会把燃料消耗在“飞回来”这件事上。对它们来说，这场太阳系的航行是一条不归路，一旦开始便义无反顾。毕竟，能重回地球怀抱的幸运儿少之又少。

　　然而，有这样一个幸运儿，它是一只不屈服于命运的“不死鸟”，在探索人类从未涉足过的陌生地带时，虽遭受摧残，甚至一度和地面失去联系，但仍然顽强地坚持下来，大难不死，在人类的帮助下，带着珍贵的小行星样本返回了地球。

　　这只传奇的“不死鸟”就是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的“隼（sǔn）鸟号”小行星探测器！

　　在隼鸟号功成名就之后，“隼鸟”家族又添一名得力干将——隼鸟2 号小行星探测器。这枚探测器正在追随前辈的脚步，探索一片未知之地——目标小行星“龙宫”，今年，隼鸟2号便会携带“龙宫”的礼物返回地球。

　　今天，我们先来介绍“隼鸟”家族的第一位成员——隼鸟号探测器。

　　坚毅勇敢的“隼鸟号”

　　命途多舛却大难不死的隼鸟号，是世界上第一个成功从小行星采集样品并返回地球的探测器，也是第一个成功在小行星表面停留并离开的探测器。在诸多光环的背后，是隼鸟号辛酸的“伤病史”：电能供应不尽人意、接二连三的故障、发动机罢工、燃料泄漏……这些“伤病”差点儿毁掉隼鸟号，甚至一度使隼鸟号与地球失联。然而，隼鸟号奇迹般地战胜了一个又一个困难，历经3年艰辛的归家之路，最终成功返回了地球。

　　隼鸟号

　　这只坚毅勇敢的“不死鸟”只是一个长1.6米、宽1.1米、高1米的立方体，重量仅有510千克，通常相同寿命的人造地球卫星重量都在一两吨左右。身材娇小且貌不惊人的隼鸟号要启程前往的探测目标也只是一颗名不见经传的小行星—小行星25143号“丝川”。这颗小行星是以“日本火箭之父”丝川英夫的名字命名的。

　　其实，隼鸟号原本打算探测的是小行星4660 Nereus，但因为探测器设计出了些问题，需要延期发射，于是探测目标改成了2号备选探测目标——小行星1989 ML。此后，火箭又出了问题，不得不再次延期，这时1989 ML也飞远了，最终科学家只好选定当时轨道位置适合的3号备选探测目标—小行星“丝川”。

　　小行星“丝川”非常小，仅有535米长、294米宽、209米高。这个尺寸仅为9个国家体育场“鸟巢”的大小。“丝川”也成为当时人类主动探测的最小的天体。隼鸟号不仅要飞到“丝川”表面，还要采集样品返回地球——这是1972年美国阿波罗载人登月并采样返回之后，人类再也没有完成过的挑战。

　　“丝川”并不位于我们熟知的、介于火星和木星之间的小行星带中，而是近地小行星的一支——阿波罗型小行星中的一颗。阿波罗型小行星的轨道通常为椭圆形，既和小行星带相交，又和地球轨道相交（因此阿波罗型小行星也是对地球最有威胁的一类小行星）。也正因如此，部分阿波罗型小行星接近地球的时候距离非常近，这也使得阿波罗型小行星成为相对容易探测的一类小行星。

　　阿波罗型（Apollo）小行星的轨道

　　2003年5月9日，隼鸟号从日本鹿儿岛内之浦宇宙空间观测所发射升空。然而发射后不久，超强的太阳黑子爆发，隼鸟号的一部分太阳能帆板失效，太阳能电量供应下降。雪上加霜的是，它的蓄电池后来也有一部分损坏了。不过，这些故障对于隼鸟号后来的遭遇而言只是波折命运的“开胃小菜”。

　　隼鸟号从日本鹿儿岛内之浦宇宙空间观测所发射升空

　　祸不单行

　　2004年5月19日，隼鳥号再次飞掠地球，为什么离开地球之后又一次飞回来呢？隼鸟号和地球都只是恰好绕太阳兜了一圈，兜圈怎么能算“回头”？就是一直向前走的呀！在兜圈的过程中，隼鸟号可以借助地球的引力助推提高自己的效率，节省燃料、节约成本。不仅如此，为了实现低成本、低燃料消耗，隼鸟号还使用了新技术——离子推进发动机。这种发动机并不是在隼鸟号上首次使用的，但像隼鸟号这样如此长时间使用和验证离子推进发动机的却不多见，这也正是隼鸟号要完成的一个科学目标。离子推进发动机目前的推力相比常见的化学能发动机要小得多，但它非常节省燃料，因此可以降低燃料的重量。离子推进发动机在太空中长时间的加速性能能够满足航天器的使用，因此有望成为未来长距离航天器的首选发动机类型。

　　隼鸟号前期轨道

　　不过，现在回头看，隼鸟号的曲折经历无一不和离子推进发动机有关。2005年7月29日，隼鸟号的仪器首次拍摄到目标小行星“丝川”，这标志着隼鸟号已经快要接近目的地了！然而仅仅过了两天，隼鸟号就出现了第一个大问题——x轴姿态控制功能失灵，此时的隼鸟号就相当于一架不能控制自己左右转弯的飞机。现代的航天器大多采用的是三轴控制的方式，即通过内部控制器的调整，稳定航天器在x、y、z三个坐标轴上的方位，保证航天器在漫无边际的空间中维持自身的相对稳定。姿态调整的一个简单的例子是我们熟悉的飞机，当飞机需要左右转向（x轴）、左右翻滚（y轴）或上下俯仰（z轴）时，就需要调整飞机的飞行姿态，航天器也是如此。好在，一个方向上的姿态控制功能失灵还不算太糟，隼鸟号可以用自己的发动机调整自身姿态。

　　2005年9月12日，隼鸟号离目标小行星“丝川”仅相距20千米，官方宣布隼鸟号顺利抵达目的地。然而祸不单行，10月2日，隼鸟号的y轴姿态稳定功能也失灵了。“病情”加重的隼鸟号无法求医，只能硬扛。

　　日本隼鸟号小行星探测器传回地球的照片

　　隼鳥号抵达小行星

　　进入11月，隼鸟号开始了多次充满不确定性的着陆。由于着陆时通信天线无法对准地球，因此这段时间地球和隼鸟号之间是失联的。外加此时地球和小行星“丝川”之间的距离较远，因此光速的信号传输回来也会有几分钟的延迟。这就导致了地面控制中心对隼鸟号的情况一无所知——科学家不知道它有没有着陆，也不知道发过去的指令有没有生效。11月12日，隼鸟号下降到距离小行星表面仅55米的地方，原本准备着陆的隼鸟号发生了故障，停在了半空中，不知情的地面工作人员错误地评估了此时隼鸟号的状态，人为操纵隼鸟号释放了1千克重的微型着陆器“密涅瓦”。

　　隼鸟号

　　由于此时着陆器距离“丝川”表面过高，而“丝川”自身的引力又非常小，因此在这个高度下释放的“密涅瓦”逃逸到了太空之中，着陆失败。不过这和接下来的事故相比，并不算什么。11月20日，隼鸟号首次“触摸”到了小行星“丝川”。不过，这又是一次充满未知的着陆。隼鸟号因不明原因的故障在10米高的半空中停留，并进入安全模式，此时地球基站发出放弃着陆和上升的指令。然而，还没等隼鸟号收到这一指令，它就自行降落在了小行星“丝川”的表面。随后在上升状态中，隼鸟号才收到来自地球基站的上升指令，而另一边的地球基站也才收到隼鸟号的着陆状态确认……这尴尬的延迟使多少工作人员为之揪心！

　　11月26日，隼鸟号第二次“触碰”到小行星“丝川”，并完成了采样回收。随后，它再次上升，升到距离“丝川”表面5千米时，隼鸟号终于确认了一直以来的燃料泄漏问题。确认之后的第二天，隼鸟号的“病情”加重了！由于燃料泄漏多时，电池因失温几乎丧失能量，主发动机也没有足够的燃料可用，隼鸟号一时无法调整姿态，逐渐失控。而姿态失控意味着隼鸟号的天线将无法对准地球，无法与地球保持通信。12月8日，隼鸟号与地球彻底失联！12月14日，JAXA宣布隼鸟号的返回计划延期。

　　不抛弃、不放弃，成为接下来的奋斗目标，这不仅是对地面工作人员的勉励，也是对隼鸟号的期待。隼鸟号在失联状态下，姿态会持续处于不稳定状态。然而在这些不稳定状态中，隼鸟号会有一定概率处在可以与地球进行短时间通信的特定姿态，这时候地面工作人员就可以尝试人为启动它的离子推进发动机了。另一方面，地球自身也在公转，因此地球的视角也在不断地变化。总而言之，就是希望能有幸联系上正在乱转的隼鸟号，并帮助它恢复有序状态。地面工作人员此时能做的，就是不断地搜寻可能由隼鸟号发出的信标信号。

　　等待的过程是煎熬的，很多探测器在失联之后就再无音信，工作人员不知道要等待多久，也不知道遥远的隼鸟号此时正在经历什么。2006年1月23日，失联了46个日夜之后，地球基站最终等来了隼鸟号的消息！

　　能够收到信标信号，说明隼鸟号的系统还在正常工作，还能进行一定的姿态调整。于是地面工作人员发出指令让隼鸟号再次发送信标信号，3天后地面就收到了隼鸟号的“回应”。2月6日，根据指令，隼鸟号又启动了离子推进发动机，一步步进行了姿态调整，并将天线对准了地球。

　　“不死鸟”的归家之路

　　大难不死的隼鸟号还有个终极目标——返回地球。可病入膏肓的隼鸟号还能继续这场旅程吗？

　　隼鸟号再入大气层的壮观场面

　　2007年4月25日，隼鸟号正式开始返航。2007年10月18日，完成回归之旅的第一次变轨。2009年2月4日，完成第二次变轨。2009年11月4日，离子推进发动机D发生故障。不仅如此，发动机A、B也分别有一部分器件发生故障。幸好发动机A、B损坏的部分不—样，地面工作人员将两个发动机正常工作的部分拼凑成“一台”可用的发动机。最终，隼鸟号凭借仅剩的AB组合发动机和发动机C，勉强向着地球狂奔。

　　2010年4月，隼鸟号进入返回地球的60天倒计时，此时它距离地球还有2700万千米，从这个距离飞向地球所需的精准程度堪比太空狙击手。不过，顽强的“隼鸟”不负众望，在最后的两个月中，它进行了4次轨道调整，精准地飞入了地球轨道。在返回地球的倒数第3天，隼鸟号在距离地球40000千米的高度释放了返回舱，准备投入地球的怀抱。

　　2010年6月13日，隼鸟号返回舱返回地球，速度高达12千米/秒，比普通返回式卫星和载人飞船返回舱的速度还要快。如此高速飞入大气层，返回舱需要耐受和隔离大气摩擦产生的高温，这个温度是载人飞船和航天飞机都难以承受的。

　　隼鸟号主体本可能就此漂泊于太阳系，就像同为采样返回任务的“星尘号”一样，但它最终选择了回归地球，不过这个选择的代价是坠入大气层烧毁。隼鸟号再入大气层的画面十分震撼，高速摩擦产生的视觉效果如同高空绽放的烟花般绚烂，隼鸟号就在这“烟花”之中完成了自己的使命，而它的返回舱安全坠落在预定的澳大利亚沙漠中。

　　在此之前，从没有一个无人探测器，经历过这么多艰难坎坷还能绝处逢生。隼鸟号的不屈历程，鼓舞着每一个人。日本人为这段探测经历拍摄了电影《隼鸟归来》，在电影海报上这样写道：

　　60亿千米的距离，2592个日日夜夜，

　　这场宇宙之旅，

　　只为归来。

　　为隼鸟号制作的歌曲中则唱道：

　　高色吧，隼鸟号！

　　即使折断翅膀，

　　仍要怀抱梦想。

　　直到见到故乡的天空，

　　直到燃尽最后的躯壳，

　　也要对地球母亲说声“我回来了”。

　　鸑鷟鹓雏　徐蒙