“菲莱”：虽“死于非命” 仍创造历史

“罗塞塔”和“菲莱”绝对是全世界航天的焦点。自2004年发射以来，经过长达10年的飞行，“罗塞塔”顺利抵达了67P/楚留莫夫-格拉西门克彗星并环绕其飞行。

 

11月12日，罗塞塔探测器释放菲莱着陆器，开始了整个任务最激动人心的一幕。不过遗憾的是，“菲莱”的着陆并不顺利，在它与“罗塞塔”分离前，冷气推进器就失效了。着陆时，“菲莱”弹起了113分钟才落地，但因阳光严重不足无法充电，“菲莱”的主电池仅可以支持工作60小时。此后，欧空局宣布“菲莱”的使命宣告终结。

十年“追星”路漫漫

根据罗塞塔探测器的抵近观测，楚-格彗星的彗核可以看作2个核拼接而成。整个彗星有几公里大小，引力很弱，这是彗星和小行星等低重力星体着陆的主要难度之一，也是与月球和火星着陆的本质区别。

彗星着陆是整个“罗塞塔”任务中最具挑战性的一步。与月球甚至火星的着陆相比，“菲莱”的着陆难度有过之而无不及。

楚-格彗星运行在近地点1.24天文单位、远地点5.68天文单位、轨道倾角7度的大椭圆轨道上，轨道周期约6.44年，罗塞塔探测器要和它交会已经十分困难。

尽管自身重量只有3吨多，而且使用了强大的阿里安5型火箭发射，但是“罗塞塔”也没法直接飞向彗星。进入太空后，“罗塞塔”2次利用地球引力加速，1次利用火星引力加速，前后一共花费了将近10年时间才追上它的目标彗星。

为了能够在合适的位置释放菲莱着陆器，“罗塞塔”不得不进入长达31个月的休眠期。罗塞塔探测器复杂精密的轨道控制，漫长的深空飞行时间，以及长时间的休眠，在难度上是月球和火星探测所不能相比拟的。

彗星着陆有多难

微乎其微的引力是彗星着陆的最大难度。看过嫦娥三号的软着陆，想必大家对其下降过程中消耗燃料的过程印象深刻，那么，引力小怎么反而也是问题呢？

其实引力大有大的难度，小也有小的不便。对“菲莱”来说，由于引力太小，如果着陆速度较大，它可能弹回太空一去不返，也可能陷入并不坚实的彗星表面，这都是要避免的情况。

北京时间11月12日下午，“菲莱”释放前检测时发现，着陆器顶部的冷气推进器出现故障，而这个故障也似乎预示着“菲莱”的着陆将不会顺利。由于各方面因素限制，“菲莱”没有类似嫦娥三号那样的轨道控制和姿态控制能力，也没有导航制导和自动避障能力，实际上是无控着陆。

菲莱着陆器的着陆固定装置包括顶部推进器、固定的鱼叉和螺栓冰钻等三个相互备份的设备。虽然推进器出现故障，“菲莱”还是在原计划时间，以不到1米/秒的速度踏上了22.5公里的着陆轨迹。7个小时后，“菲莱”成功着陆彗星，但由于此时“菲莱”距离地球5亿多公里，经过约半个小时的焦急等候，地面的科研人员才获得了触地的消息。

这一刻，“菲莱”成为人类历史上第一个彗星着陆器，创造了人类深空探测的历史，现场的欧空局工作人员都拥抱欢呼起来。

虽败犹荣的“菲莱”

然而，好景不长。欧空局地面控制中心欢庆的气氛仅仅维持了一会，“菲莱”传来的信号表明用于固定的鱼叉自动投放失败，“菲莱”是依靠冰钻才固定在彗星表面的。

因为罗塞塔探测器被彗星挡住，要等它再转过来才能进行通信中继。更悲剧的是，即使“罗塞塔”提供了中继，人们仍不知道具体发生了什么。

后来，综合无线电信号和“菲莱”上的仪器记录，科研人员认为“菲莱”至少从彗星上弹起来2次，其中第一次在空中飞了113分钟，然后才在彗星上停稳。

正是由于这两次弹跳，尤其是第一次长时间的弹跳，“菲莱”从预定着陆的J点落到了远处，差点落入悬崖之下。根据着陆器相机拍回的照片，人们发现光照来自“菲莱”的左下方，普遍分析认为“菲莱”基本是斜躺在地面上。

欧空局原计划是让“菲莱”在着陆后的60小时完成基本探测任务，此后利用太阳能电池充电进行扩展任务，但现在由于“菲莱”姿态不佳导致太阳能电池发电不够。

11月15日，“菲莱”失去联系，接下来除非太阳能发电的环境能得到改善，否则“菲莱”只能永远沉睡下去了。即使楚-格彗星运行到内太阳系光照更强的位置，彗星喷出的气体和尘埃恐怕也会遮挡阳光或是干脆让“菲莱”彻底“死于非命”。

尽管如此，“菲莱”对人类后续的彗星探测仍将是极为宝贵的。

 延伸阅读

2004年3月，罗塞塔探测器由1枚阿里安5型火箭搭载，从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空。

2005年3月，“罗塞塔”首次借助地球引力改变速度和轨道，并于2007年分别向火星和地球“借力”调整飞行。

2008年9月，“罗塞塔”近距离飞掠小行星“斯坦斯”，对其进行全方位观测，并将数据传回地球。

2009年11月，“罗塞塔”第三次从地球旁边飞过，借力调速变轨。

2010年7月，“罗塞塔”近距离飞掠小行星“鲁特西亚”，并传回首批高清照片。

2011年6月，为节省能源，罗塞塔探测器进入“深度睡眠”。

2014年1月，休眠31个月的“罗塞塔”被成功唤醒。

2014年3月，同样自2011年6月进入休眠状态的着陆器菲莱也被唤醒。此时，“罗塞塔”与“菲莱”距离目标彗星还有不到400万公里。

2014年7月，“罗塞塔”距目标彗星1.4万公里时拍摄的照片显示，楚-格彗星由2部分连接而成，形似一只橡皮鸭。

2014年8月，已飞行超过64亿公里的“罗塞塔”成功进入目标彗星的运行轨道。

2014年9月，科研人员在上述“橡皮鸭”彗星的头部为“菲莱”选定着陆点。

2014年11月12日，“罗塞塔”与“菲莱”分离，“菲莱”借助目标彗星的引力飞向着陆点，它将对彗星拍照并对其土壤、磁场展开测量分析，并将数据传回地球。

作者：张雪松

来源：飞天科普周刊