 12月5日，“隼鸟-2”号进入地球大气层。 12月5日，在太空游荡6年的日本太空探测器“隼鸟-2”号向地球释放了密封舱。密封舱内有小行星“龙宫”的岩石样本。这些样本可能对揭示太阳系的起源和地球生命之谜有重要作用。 日本宇航研究开发机构（JAXA）称，探测器“隼鸟-2”号于5日下午2点半左右分离，并向地球释放了装有太空样本的密封舱。历时6年、飞行距离约52亿公里的探测之旅进入最终阶段。 “隼鸟-2”号从小行星“龙宫”采集岩石样本并带回地球的“取样返回”任务如果成功，将是继第一代“隼鸟”之后的又一壮举，通过分析也可能进一步帮助人类搞清楚太阳系的源起。该计划负责人、JAXA的教授津田雄一呼吁：“这是集任务之大成。在冷静判断的同时努力吧。” 据日本宇航研究开发机构介绍，密封舱在距离地球约22万公里的高度分离后，进入地球大气层，计划在12月6日凌晨当地时间凌晨4点17-27分，落在澳大利亚南部伍默拉附近的沙漠。该密封舱为圆盘状，直径40厘米、高20厘米、重16公斤。 与“隼鸟-2”号分离的密封舱将以每秒约12公里的速度重返大气层，自动完成全部动作，直至着陆。在高度约10公里处打开降落伞，减缓速度，在发射信标信号的同时着陆。 但如天气状况不佳，密封舱有可能被强风吹走，天气似乎将是能否成功回收的关键。JAXA的密封舱回收团队将借助天线和雷达探测信标，锁定着陆地点，通过直升飞机与无人机寻找密封舱。作为预备的线索，还会利用进入大气层时明显发亮的轨迹。 “隼鸟-2”号2014年12月从地球出发，2018年6月抵达“龙宫”。2019年2月首次着陆，并采集表面物质，同年4月射出金属弹制作人造陨石坑，为全球首创。在同年7月的第二次着陆时，成功采集到溅出的地下物质样本。分析采集到的样本，如发现水和有机物，将能获得宇宙生命诞生之谜的线索提示。 “隼鸟-2”号估计是在第1次着陆时采集到地表物质，第2次着陆时采集了地下的物质。为使地下的物质露出来，“隼鸟-2”号还发射了金属弹，这是人类航天器头一次在小行星上制造出人工陨石坑。 本次“隼鸟-2”号密封舱的回收作业，在很多方面都与2010年将小行星“丝川”的微颗粒物带回地球的第一代“隼鸟”号相似。但这一回新增加的是回收之后从密封舱之中取出气体，进行简单分析的工作。这要求科学家尝试在不漏掉“龙宫”沙石等样本可能释放的气体的情况下展开分析。 密封舱降落在地表后将被装入专用的密闭容器，空运至日本。JAXA提前准备了精密设备，用于在真空和充满氮的环境下分开密封舱带回的样本，以免与地球上的物质混杂。12月中旬可确认“隼鸟”号在“龙宫”着陆时采集到多少沙石等。 “丝川”的微颗粒物有1,000个以上得到登记，并在日本国内外进行分析。“隼鸟-2”号采集的物质的数量有望达到“丝川”的100-1,000倍。JAXA计划将60％分给包括美国国家航空航天局（NASA）在内的日本国内外研究机构，其余40％自己保管。 从“龙宫”的地表和地下采集的样本有助于探索地球的形成等。小行星探测的主要目标是破解太阳系如何形成、地球上的生命如何诞生等谜团。 “龙宫”是碳含量丰富的“C型”小行星。小行星也被称为“太阳系的化石”，被认为保留着46亿年前太阳系诞生时的痕迹，其地下不易受到阳光和宇宙射线的影响，比地表更为“新鲜”。 关于地球生命的诞生，有一种假说称，太古时代撞击地球的小行星中包含的有机物和水分成为生命的契机。分析“龙宫”的物质将有助于验证这种假说。 日本舆论更认为，“隼鸟-2”号于距离地球遥远的小行星上两次成功着陆，在时下的宇宙探索中具有重要意义。 这是由于各大国相继向从小行星等采集样本带回地球的“取样返回”（Sample Return）计划发起挑战。凭借小行星探测器“隼鸟-2”号等领跑世界的日本，也正在推进下一个探测计划。除了探索宇宙起源之外，各国还把目光投向了未来的宇宙开发，这一领域的国际竞争日趋激烈。  “奥西里斯-雷克斯”号探测器在小行星“贝努”采样概念图 NASA的探测器“奥西里斯-雷克斯”号（OSIRIS-REx）于今年10月20日在小行星“贝努”（Bennu）着陆，实施采集样本任务。该探测器也被称为“美国版隼鸟号”，它于2016年发射，2018年12月抵达小行星。 2020年8月11日，“奥西里斯-雷克斯”号于做了最后的预演，在约40米高度接近小行星，这次预演受新冠疫情影响而推迟了2个月。该项目负责人、美国亚利桑那大学教授丹特·劳蕾塔说：“虽然遭遇（疫情）问题，但项目团队仍坚信奥西里斯-雷克斯能够成功采集样本。” 美国还打算在火星探测方面实施取样返回，并于7月30日发射了火星探测器“毅力”号（Perseverance），它将采集火星的土壤来寻找生命的痕迹。NASA拟用其它探测器回收火星样本，2030年前后返回地球。欧洲和俄罗斯也在联合推进探测计划。 中国亦制定了取样返回计划。北京时间11月24日凌晨4点30分，搭载有“嫦娥五号”探测器的“长征五号”运载火箭在海南文昌航天发射场成功升空，飞行约2,200秒后将探测器送入预定轨道。“嫦娥五号”是中国航天迄今最复杂的一次探月任务，探测器将经历地月转移、环月飞行、着陆采样、月面起飞、再入回收等11个阶段，历时23天，采集约2千克月球土壤返回地球。 “嫦娥五号”探测器飞行112小时后抵达近月点，进行2次减速制动并进入距离月面约200公里的环月轨道，经与火箭分离后探测器进入地月转移阶段。 12月1日23时11分，“嫦娥五号”探测器成功着陆在月球正面西经51.8度、北纬43.1度附近的预选着陆区。“嫦娥五号”从距月面15公里处开始动力下降，通过“7,500牛变推力发动机”减缓降落速度，相对月球速度从1.7公里/秒逐步降速至零，整个着陆过程持续约15分钟。按照计划，“嫦娥五号”将在月球正面最大的月海风暴洋北部吕姆克山脉附近完成月壤采样，这是人类探测器首次抵达这片月球区域。  12月3日，“嫦娥五号”在月表成功采样。 12月3日23时10分，“嫦娥五号”上升器在月面点火起飞，6分钟后携带月壤样本顺利送入环月轨道。这是中国航天器首次实现地球外天体起飞。上升器将与环月轨道上的轨返组合体对接，随后转移月壤样本至返回器。在月球表面正式开启探测和采集样本任务，“嫦娥五号”探测器预计12月中旬返回地球。假如任务成功，中国将成为继美国、苏联之后世界上第3个实现月球采样返回的国家。 2019年4月，中国对外公布了小行星取样返回和彗星探测相结合的计划。 世界上第一次实施取样返回的是美国的“阿波罗”登月计划，NASA宇航员采集了月球的岩石。第一次实施无人取样返回的是前苏联的“Luna”计划，于1970-1976年期间3次带回月球样本。小行星方面，2010年日本第一代“隼鸟”探测器将小行星“丝川”的微粒样本带回地球。 如果能够获得外太空的物质，将会为了解宇宙起源等提供宝贵的线索。要获取这些物质，只能回收陨石等落到地球的物质或者直接从太空带回样本。 NASA的小行星探测器“奥西里斯-雷克斯”号在选定着陆目标时，花了大约1年时间来慎重选择可安全着陆、能采集科学价值大的样本的地点。“隼鸟-2”号负责人、日本JAXA的项目主管津田雄一说： “奥西里斯既是对手也是伙伴。” “奥西里斯-雷克斯”号在“贝努”上采集到物质数量明显超过“隼鸟-2”号。但另一方面，“隼鸟-2”号在小行星的两个不同地点着陆，能对比分析地表和地下的物质，这一点在科学及技术上都具有优势。 AXA和NASA在共享探测知识与样本分析等方面展开了合作。“隼鸟-2”号着陆的小行星“龙宫”同“贝努”是相似的天体，比较二者的样本有助于研究太阳系的构成。 取样返回计划还有着探测资源及考察未来载人探测可能性的目的。尤其是在未来考虑建立有人基地的月球和火星方面，日本的小行星探测计划更多的存在磨炼提高宇宙开发技术实力、向世界展示太空存在感的考量。  日本MMX火卫一探测计划 日本在取样返回方面长期处于领先地位。除小行星探测外，日本还有一项“MMX”探测计划，将在火星的卫星“火卫一”（Phobos）上着陆，定于 2024年发射探测器。该项目总费用比“隼鸟-2”号多6成，达到464亿日元。这项计划还将与欧美合作。 在火卫一上采集的土样将于2029年带回地球，以用来研究卫星和火星的构成。火卫一离火星比较近，因此被认为上面也有从火星上飞来的物质。日本东京工业大学准教授玄田英典乐观地评估MMX计划，“或许还可以比美国更早带回火星主体的物质。” 但日本在MMX之后的取样返回计划尚不明确，因为费用过于昂贵且风险很大，东京政府的宇宙探测预算是有限的。NASA的“奥西里斯-雷克斯”总费用为约10亿美元，是“隼鸟-2”号的3倍以上。一旦宇宙大国大力投入相关领域的话，日本或很难继续保持优势。今后日本如想持续发挥自己的宇航优势，需要考虑更加独特的太空探测计划。 12月5日在澳洲上空与密封舱完成分离后，“隼鸟-2”号探测器仍然选择留在太空，用剩余燃料飞往下一个小行星。它将充分利用健全的机身与剩余的燃料，前往更深处的太空执行扩展任务，“隼鸟-2”号的下一次旅行充满新的挑战。 “隼鸟-2”号的下一个目的地是位于地球和火星之间的小型小行星“1998KY26”，预计2031年7月前后抵达。这颗小行星平均直径约为30米，小于“隼鸟-2”号此前探测的小行星“龙宫”（约900米）。“1998KY26”以约10分钟的很短周期自转，属于此前人类从未探测过的天体。“隼鸟-2”号计划不在该行星着陆，而是从上空通过摄像头观测，但这也将成为人类探测有可能撞击地球的小型小行星结构等的难得机会。 据推测，“1998KY26”处于离心力强的环境下，结构与大量岩石以较弱的力汇聚起来的“龙宫”等有所不同。“隼鸟-2”号对“1998KY26”的访问，在保护地球免受天体撞击的角度具有重要意义。尺寸为数十米的小行星，极有可能以100年-数百年1次的频率撞击地球。 “隼鸟-2”号在发射之后将持续进行近17年的探测，这远远超过了探测器的预期使用寿命，这与日本在航天科技方面取得的技术进步是分不开。 今年9月，在“隼鸟-2”号即将结束对小行星“龙宫”的漫长旅行之际，36岁的NEC宇宙系统事业部女主任碓井美由纪露出了欣慰的笑容。支撑“隼鸟-2”号完成长达52亿公里太空稳定飞行的核心部件是“离子发动机”，这是“隼鸟-1”号曾经搭载的电推进发动机的一种。 谈起“隼鸟”时，碓井美由纪说：“它一直到最后都是个「好孩子」。” 她于2008年进入NEC，长期从事离子发动机的开发工作。2010年“隼鸟-1”号返回地球后，其后继机型饱受期待。在这种情况下，NEC将领导新一代离子发动机开发工作的重任交给了自研究生时期开始研究、入职仅3年的碓井。碓井在回顾当时的心情时称，“觉得是沾着「隼鸟」和各位前辈的光。” 早在小学5年级时，碓井美由纪就十分崇拜日本第一位女宇航员向井千秋。出于对航天梦的执著追求，她报考了东京大学研究生院，在那里遇到了现为日本宇宙航空研究开发机构宇宙科学研究所所长的国中均教授，从此与离子发动机结下不解之缘。 当时，作为NEC第一代离子发动机开发工作指挥者的堀内康男也经常出入国中教授的研究室，因此与碓井有所交流。入职NEC“可以继续进行研究”，堀内给了碓井这样的建议。于是碓井顺理成章地进入NEC工作。 本以为可以在公司一直埋头于技术开发，但这一愿望很快落空。进入NEC的第3年，碓井开始主导开发，而新一代离子发动机正着眼于实现实用化和商用化。时年，堀内已离开部门，没有一位员工比碓井更了解离子发动机。除在技术方面承担着重要责任，她还要忙于成本管理和品质保证等自己不熟悉的工作。 一天，本来已经为工作上的落差而烦恼不已的碓井与时任上司因在开发推进方法上存在分歧而大吵了一架。虽然很窝心，但项目无法取得进展。她说：“（从那件事）深切地感受到独自一人苦恼于技术开发也行不通。”这样，碓井原本不愿意为技术以外的工作花费时间的想法不得不发生了改变。 NEC利用作为公司主业的通信技术等引领着日本的航天产业，2020年春季实现了对越南出口，达成多年来对海外销售的夙愿。不过，航天产业并不是量产型业务，根据订单情况，每年销售额会相差悬殊，因而很难掌控。 NEC航天领域的年销售额在500亿日元左右，对预计达到3万300亿日元的2020财年（截至2021年3月）合并销售额的贡献度并不大。碓井眼下的课题是如何使航天业务实现稳定收益、以及如何培养接班人。 碓井还是两个孩子的母亲，每天都要在巧妙安排时间的基础上投身工作。每到意志消沉的时候，她都会想想向井的话，来激励自己。她评价自己的性格属于“为困难而发奋型”，有时有人会指出航天领域难以转化成利润，而碓井却说：“我不会让他们一直这样说下去的。”  “隼鸟-2”号在小行星“龙宫”采矿概念图 NEC还有一位技术人员期待着“隼鸟-2”号在太空创造奇迹。他就是33岁的益田哲也。益田2011年进入NEC，参与“隼鸟-2”号的系统设计和运用工作。围绕“隼鸟-2”号的发射及在小行星上的着陆任务，他与JAXA配合，准备了严密的流程规范等。 但益田学生时代学的是跟航天没有直接关系的控制工程，求职的时候，他突然想从事航天方面的工作。入职NEC后，也是从零开始学习“隼鸟-2”号的系统。 意想不到的是，不受制于部分专业知识的“门外汉”身份反过来成了益田的优势。他的任务是听取客户JAXA的想法，深挖他们真正想做的事情，有时也做协调工作，益田说：“让周围实现他们想要实现的愿望是我工作的意义所在。” 在“隼鸟-2”号12月返回地球之前，益田连续很多天都惴惴不安。“将参与第一代「隼鸟」号研发的很多相关人员的想法最终变为成果的正是其中的运用工作。”益田称，给自己带来精神上支持的是老一辈研究员们争先恐后地跑到显示器前的场景。向往太空的童心与坚持不懈的态度，让他增强了对工作的自信。 然而对NBC来说，像航天这样的大型业务不会一直都有。益田“希望打造传承给后代的局面”。与此同时，他也正为追求梦寐以求的新局面，瞄准了“隼鸟-2”号之后。 探测器从地外天体带回物质的“取样返回”，日益发展成可以称为日本看家本领的技术，在此背景下，第三轮项目已正式启动。在火星卫星探测计划“MMX”中，负责沙石采样装置开发的是44岁的JAXA主任研究开发员泽田弘崇。 泽田目前身在澳洲南部的伍默拉地区。虽然新冠疫情导致前往海外受到限制，但返回地球的小行星探测器“隼鸟-2”号要把密封舱投向伍默拉的沙漠，泽田作为密封舱回收团队的成员通过特例入境。泽田在“隼鸟-2”号项目中负责开发样品采集装置，对泽田来说，他的工作要延续到将密封舱顺利带回日本。 密封舱进入大气层，打开降落伞，到着陆为止要经受振动和冲击，这种情况下能否充分保持密闭？密封舱在反复进行通过捶打来确认性能的安全试验和试制，经过近2年的不断摸索之后完成。尽管如此，泽田透露心境称“在打开密封舱之前，不安的心情不会消失。” 日本瞄准火星的卫星火卫一的MMX计划面临着挑战。此计划的一大目的是弄清火星的卫星火卫一和火卫二 （Deimos）是如何诞生、构成的，这个问题有两种有力假说。其一是捕获说，认为遥远的小行星飞来后被火星重力捕获；其二是大撞击说，认为火星与小行星等相撞、火星等的碎片汇聚形成两颗卫星。 MMX计划将采集足够数量的沙石，分析卫星成分，以弄清两个假说的正确与否。在计划中，一次采集的沙石的分量目标为10克以上。这一数值是“隼鸟-2”号（目标0.1克以上）的100倍以上，要求更高。MMX计划将最大限度地承继“隼鸟-1”号和“隼鸟-2”号积累的技术，但也急需新技术。 “隼鸟”号系列的样品采集装置的机制是，只要尖端碰触地表，就从内部发射小弹丸，然后回收飞起的沙子和岩石。这种操作仅在极短的一瞬间着陆，而MMX的探测器则计划借助4只脚在火卫一上着陆，停留数小时。 新采用的装置是将名为“Corer机构”的双层筒状装置和机械臂结合起来。采样时刺入地表，以内侧的装入并筒取走沙石等样品。将“Corer机构”安装在火卫一探测器机械臂的顶端，移动至目标地点，在采样后移动至探测器的内部，收纳于其中。 关于火卫一上的沙石的大小和性质如何，无人知晓准确答案。为了让“Corer机构”能刺入2厘米以上的足够深度，日本科学家反复通过各种直径的沙子进行了试验。 当前，JAXA终于确定了基本设计，制造出试制机。之前，机械臂试制机曾在轻而坚固的设计方面遇到困难，现在也有望在2020年度内完成。MMX预定于2024年9月发射，虽还有近4年时间，但大家已是辛劳不堪。泽田说：“这种辛劳可能要持续到发射。”  使用日本太空技术的“伊卡洛斯”号太阳帆宇宙飞船惊艳世界 “隼鸟”号系列和太空帆船“伊卡洛斯”号（IKAROS）（世界第一艘同时利用太阳能电力和光子反推力进行星际旅行的太阳帆宇宙飞船），凭借日本自主的技术震惊了世界。但眼下，在其他国家当中，美国国家航空航天局向木星、土星以及太阳系之外早就向发射了多个先进探测器；中国和印度也正奋起直追，积极推进太空探测事业。 在往后的太空竞逐中，如仅在探测地外空间距离远近方面实行竞争的话，既缺乏意义，也不符合日本的行事特点。在日本，有关新一代太空运输系统的讨论日趋火热，探讨的具体构想是力争在20-30年后实现在太空发射火箭和建立宇宙空间的运输网络等。而日本能否通过抢先构建领先2代的宇航运载发射系统，十分值得关注。 在JAXA今年2月举行的日本首颗人造卫星“大隅号”发射50周年纪念研讨会上，东京大学名誉教授秋叶镣二郎回顾日本火箭开发的历史时说：“前往太空的运输手段或许仍不完善。” 眼下，美国航天企业太空探索技术公司(SpaceX)研发出有助于降低发射费用且能够重复使用的“猎鹰”系列火箭。JAXA等也在推进重复使用火箭的开发，新一代太空运输系统的研制正稳步前进。 但是，要真正充分利用迅速走向商业化的太空，凭借采用现有火箭发动机的运输系统，不仅是费用，还存在难以应付发射频度和运输量扩大的隐忧。在此背景下，从平流层等较高高度发射、或与近地轨道上的宇宙空间站合作、打造星际运输基地的新系统受到重视。 针对将来的太空运输系统，AXA准教授德留真一郎提出，应加快探测火星等比月球更为遥远的天体。其想法是构建环绕地球、月球和行星的宇宙空间站等基地，并以此作为太空基础设施，进行人类飞船的补给和中转等。 小行星探测器“隼鸟-2”号的项目经理、JAXA教授津田雄一也提议，可以向卫星能稳定停留的轨道上发射燃料补给用卫星，作为中转基地使用。 在这些提议的背后，存在着美国和前苏联所没有的、凝聚了日本自主创意的“大隅”号的经验。当年搭载“大隅”号卫星的火箭放弃了液体燃料，而是采用容易使用的固体燃料。另外，也没有使用诱导控制装置，而是采取通过控制姿态使人造卫星进入轨道的“重力转向”方式。 但令大多数研究人员担忧的，是“最近日本在宇宙开发方面对失败不再宽容”。发射“大隅”号的L-4S火箭从1号机起连续4次发射失败。直到5号机才发射成功，东京大学名誉教授秋叶对此回忆称，“每次失败都是学习的过程。” 当时，日本宇航界从在多次失败中准确发现问题并加以改进的过程中培养人才和技术，带来了最后的成功。而组织机构变得庞大的JAXA现已很难采用这种方式。如今，日本需要的是建立可对具有挑战性的宇航项目投入大量资金和人才等资源的机制。 与世界上的航天大国相比，日本的资金有限。如果只凭H3等常规火箭和重复利用型火箭来追赶中美，其太空存在感势必减弱。日本宇航界称，应当早日放弃现有体系，把优势资源集中到走在世界最前列的新型太空运输系统上。“做出这样果断的决定，日本才能在未来的宇宙开发中发挥主导权。” 而且，在安全保障等太空开发职能不断扩展的背景下，如何让科学探测活动更为活跃?“日本还需要营造一个能够像「大隅」号当时那样挑战独创性创意的环境。要继续与其他国家展开竞争，日本或许还需要考虑重新调整组织结构等。” 回到现实，像泽田这样的日本太空科技专家心中向往的，或许还是从比火星更为遥远的星球取样返回。这将是仅单程就需要10年甚至20年、探测器不会在他们这一代人退休前返回的宏大任务。泽田说：“虽然感到有些失落，但能实现会更加高兴。” 可以预料的是，通过下一代MMX火星计划积累的雄厚技术，势必将为日本今后迈向宇宙大航海时代奠定新的基石。 |
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