微信扫一扫
分享到朋友圈

先是冲我打了一枪,然后还要开炮……没见过这么凶的“强盗”!| 迈向太空

作者:果壳网 来源:果壳网 公众号
分享到:

04-04

时光荏苒,一转眼,JAXA隼鸟2号探测任务就已经完成了一大半。


自2018年6月27日抵达目标小行星——直径约900米的“龙宫”以来,隼鸟2号已经出色完成了多项科学考察。


隼鸟2号和小行星龙宫的艺术假想图 | JAXA[1]


9月21日,成功释放两枚巡视器MINERVA-II-1A和1B


巡视器MINERVA-II-1A和1B实物(左)和在龙宫上滚动跳跃的假想图(右) | JAXA[2]


作为人类第一个顺利着陆在小行星上的巡视器MINERVA-II1还首次从小行星表面成功拍摄了照片和视频


2018年9月23日,MINERVA-II-1B拍摄的龙宫表面 | JAXA[3]


10月3日,成功释放与德国宇航中心(DLR)、法国宇航局(CNES)共同研制的着陆器MASCOT(详情参见:)。


着陆器MASCOT(左)和投下MASCOT投下、滚动时的假想图(右) | JAXA& DLR[4, 5]


但它的终极目标,还是从小行星这种古老而原始的太阳系遗迹上采集岩石样本,并带着这些记录了太阳系起源和演化历史的“时光胶囊”返回地球。


 第一次着陆采样:电光火石,满载而归


2019年2月22日,在三次着陆演习和多次近距离考察之后,隼鸟2号成功着陆小行星龙宫上的预定着陆区L08-E1,并顺利完成了第一次样本采集


隼鸟2号第一次着陆采样点 | JAXA[6]


隼鸟2号的小型监视相机CAM-H从采样杆顶端的(上帝)视角拍摄的着陆过程,包括降落、接触采样和上升三个阶段。


固定背景之后的快速精华版 | [7]


说是“着陆”,其实只是探测器长长的采样杆短暂接触到了龙宫表面


隼鸟2号的采样杆位置和底部视图 | JAXA


砰!


甫一着陆,隼鸟2号随即以300米/秒的速度向龙宫表面发射了一颗质量5克,直径8毫米的钽质子弹


高速飞驰的子弹射入龙宫表面,飞溅出大量表面的岩石碎屑。这些飞溅出的碎屑顺着采样杆内部被不断反射,最终被弹入采样杆顶端的样本收集装置中。之所以使用钽质子弹,是为了保证样本不会受到不可控的来自子弹物质的污染。


(左)隼鸟2号采样杆内部结构和子弹发射装置,(右)收集样本的原理 | JAXA[8, 9]


采样杆内部的激烈程度我们是无法亲眼看到了,但可以参考一下科学家们在地球上模拟撞击龙宫的实验


2018年12月28日,隼鸟2号项目组在东京大学TeNQ实验室进行的模拟撞击龙宫表面的试验,子弹用的和隼鸟2号完全相同的子弹 | JAXA[10]


这场电光火石的短兵相接,其实仅仅持续了1秒钟。


瞬间完成了着陆、打枪和采样之后的隼鸟2号,随即自主上升,离开龙宫表面,并拍下了这场“暴行”留下的痕迹,也宣告了这场“劫掠”的圆满成功。


2019年2月22日7:30(日本时间),隼鸟2号的光学导航相机ONC-W1在距离龙宫表面约25米处拍下了龙宫表面的样子 | JAXA、东大等[11]


而首次采样成功的隼鸟2号项目组,也把这次着陆采样区命名为“玉手箱采样区”(Tamatebako),宣告浦岛太郎隼鸟2号已经顺利从乙姬公主手中抢来收下了珍贵的宝箱


 得“”进“


如果你觉得打一颗5克重的子弹已经够“暴力”的了,那可就太小看隼鸟2号了。真正暴力的,还在后面呢。


隼鸟2号原本计划进行3次采样,前2次只采集表层的岩石,而这些表层岩石都经历了漫长的空间风化和改造,可能并不能代表龙宫形成时原本的岩石特征了。


为了采集到龙宫内部更新鲜的深层物质,隼鸟2号计划在第3次采样之前向龙宫扔一颗“炸弹”——一枚重达14公斤、内有炸药的撞击器(SCI),在龙宫表面撞出一个巨大的撞击坑,然后飞到撞击坑附近采集炸出来的地下深层物质。


隼鸟2号投下撞击器并采样的假想图 | JAXA[12]


而如今,由于第一次采样圆满成功,隼鸟2号项目组决定在4月5日提前投下撞击器,如果结果顺利的话,第二次着陆采样就会采集这些炸出来的新鲜物质了。


第二次着陆采样区域依然在赤道上,红点S01处。撞击器也会丢在这一带 | JAXA[13]


S01区域的高清细节,ONC-T相机拍摄于2019年3月8日距离龙宫表面35米处 | JAXA、东大等[13]


撞击器(SCI)整体呈圆锥形,底部直径0.3米,释放之前外面会套着一个罩子。


撞击器(SCI)的位置(左)和实物(右) | JAXA[13]


这个总重达14公斤的撞击器,其中有9.5公斤都是炸药(环四亚甲基四硝胺(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)),只有最底端有一块厚约5毫米、重2公斤的纯铜质薄板——这是最终会撞上龙宫的肇事者。之所以用纯铜作为撞击体,也同样是处于防止样本被污染的考虑。


撞击器内部组成和结构 | JAXA[14]


那所以是一块直径0.3米,厚5毫米,重2公斤的铜板pia上龙宫表面的么?不是的……随着炸药的引爆,铜板会在0.001秒里迅速被加速到2公里/秒


在这个加速过程中,铜板会在极短的时间里发生变形迅速“缩成”一颗炮弹


铜板加速过程中的变形,注意铜板一开始会先改变凹凸的朝向 | JAXA[13, 15]


虽然目前我们还不知道这颗炮弹会在龙宫闹出多大动静,但还是可以从2011年10月隼鸟2号项目组在地球上做模拟“开炮”实验里想象一二。


炮弹水平射出,打穿障碍物 | JAXA[16]


炮弹在飞出的瞬间“缩”到直径0.135米大小。


撞击试验中子弹飞翔的样子 | JAXA[17]


炮弹一一击穿数个4×4米大的障碍物。


图 | JAXA[13]


最终高速撞向100米开外、用来模拟小行星龙宫表面的土山上。


图 | JAXA[18]


 又想躲开,又想拍下来怎么办?


可以想见,这次“火拼”一定会非常惨烈。当铜炮弹撞上龙宫表面的时候,必然会激起漫天的石块和灰尘——这些都可能撞伤隼鸟2号。


隼鸟2号的解决方案是——惹不起躲得起



实际“开炮”的时候,隼鸟2号将下降到距离龙宫表面500米高处丢下“炸弹”,撞击器从释放到爆炸会隔上40分钟,而隼鸟2号就会利用这段时间赶紧飞得远远的。


嗯,等尘埃落定之后再飞回来采样。


BUT,虽然是保命要紧,但这种千载难逢的火拼大戏怎么能不拍下来呢???必须不甘心的呀!


怎么办?


隼鸟2号专门携带了一个用于拍摄这场火拼大戏的相机——分离相机DCAM3


在飞走躲避的过程中,隼鸟2号会掐准时间丢下这个分离相机,然后让这个相机来拍摄撞击爆炸全过程,自己则躲得远远的。


隼鸟2号投下撞击器之后的躲避计划 | JAXA[13]


其实,无论是撞出新鲜物质,还是边撞边拍大片儿,这都不是隼鸟2号的首创。早在2005年,NASA的彗星探测器深度撞击号(Deep Impact)就曾经成功释放撞击器撞击了坦普尔彗星1号的彗核,并同时通过飞掠器对撞击过程进行了跟踪拍摄。不过,撞击+跟踪拍摄+后续实地着陆采样,这将会是隼鸟2号的独家首创


深度撞击号撞击彗星坦普尔1号的过程 | 维基


至于隼鸟2号这个分离相机为啥叫DCAM3(Deployable Camera 3)嘛……是因为隼鸟2号或者之前的隼鸟号带过DCAM1和DCAM2吗?并不是,其实是JAXA在2010年和金星任务Akatsuki号一同发射的太阳帆任务——IKAROS上搭载过同款的DCAM1和DCAM2,虽然换了个探测器,但相机的传承还是要接上 


IKAROS任务的假想图。别怀疑自己的发音,这个缩写就是希腊神话里被太阳烧化了翅膀的伊卡洛斯(Icarus)的意思。这个世界上第一颗以太阳帆为动力的星际空间探测器,于2015年5月失联 | JAXA


分离相机DCAM3的功能很简单,由三部分组成:分离装置、摄影装置和数据传输装置。分工协作可以说是安排得明明白白的。


分离相机DCAM3一共有两个镜头

  1. DCAM3-A相机用于拍摄低分辨率照片,配套的A天线会实时把照片无线传回给隼鸟2号;

  2. DCAM3-D相机用于拍摄高辨率数码照片,配套的D天线只能非实时把照片无线传回给隼鸟2号。

分离相机DCAM3的位置和结构 | JAXA[13, 14]


更绝的是给DCAM3相机的分离装置还配了一个监视相机MCAM,为的是拍摄分离相机和隼鸟2号分离和分离之后的情况 


emmmm,一个为了拍撞击器分离之后的情况而设计的相机,上面又带了一个专门拍摄这个相机分离之后情况的相机。有一种被强迫症支配的恐惧


想到用小吸尘器清洁大吸尘器的莫妮卡…… | 《老友记》S10E10


分离相机DCAM3自带电池,可以最多保证3个小时的拍照和数据传输最远可以向10公里外的隼鸟2号无线传输讯号。


 除了采样,开炮还能干点啥?


在爆炸的硝烟平息之后,隼鸟2号会飞回“火拼现场”视察。如果这里可以允许隼鸟2号安全着陆的话,才会有第二次着陆采样。


那么,如果不能采样了,这么折腾一把会不会很浪费?


也不会。


因为爆炸本身就有足够的科学意义了


比如,龙宫这种质地松散、重力又小的小行星被撞了之后会怎么样?溅射物会怎么飞?炸完之后的龙宫表面会多大程度地地动山摇?表面的石块会怎么移动?


比如,龙宫地下的物质是什么样的?即使不能采样,也可以拍照看看形态和光谱特征啊。


比如,如果撞上了石块,石块会怎样碎裂?


比如,会撞出多大的撞击坑?不同颗粒大小、不同孔隙率的表面上,形成的撞击坑也会大小和形态迥异。按照隼鸟2号这个撞击器的大小和速度来推测,在龙宫表面形成的撞击坑小到十几厘米,大到10米都是有可能的,所以根据撞出的撞击坑的大小和形态,我们可以反推龙宫表面物质的性质。


不同质地的表面上会形成不同大小和形态的撞击坑 | [19]


总之,这绝不仅仅是一次为了采样而开展的“暴行”,也同样是一次撞击体各种参数充分可控、可测、难能可贵的撞击试验,这次实验本身就会告诉我们许多关于龙宫、关于龙宫这类乱石堆型小行星的秘密了。




4月5日隼鸟2号开炮释放撞击器的日程安排(北京时间):



如果炸完之后的表面还算安全的话,隼鸟2号将在5月以后进行人工撞击坑附近的第二次采样;


7月以后释放最后一个巡视器MINERVA-II2;


第三次着陆采样很可能就取消了……


最终,隼鸟2号将于今年11-12月动身离开龙宫,并于2020年末带着乙姬公主的“宝箱”返回地球。


隼鸟2号任务进度表 | JAXA[13]


作者:haibaraemily

编辑:Steed



果壳

ID:Guokr42

整天不知道在科普些啥玩意儿的果壳

我觉得你应该关注一下

喜欢别忘了点“在看”哟↘️

阅读8276
举报0
关注果壳网微信号:guokr42

用微信扫描二维码即可关注
声明

1、头条易读遵循行业规范,任何转载的稿件都会明确标注作者和来源;
2、本文内容来自“果壳网”微信公众号,文章版权归果壳网公众号所有。

评论
更多

文章来自于公众号:

果壳网

微信号:guokr42

邮箱qunxueyuan#163.com(将#换成@)
微信编辑器
免责声明
www.weixinyidu.com免责声明    商务合作1758059460
版权声明:本站收录微信公众号和微信文章内容全部来自于网络,仅供个人学习、研究或者欣赏使用。版权归原作者所有。禁止一切商业用途。其中内容并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。如果您发现头条易读网站上有侵犯您的知识产权的内容,请与我们联系,我们会及时修改或删除。
本站声明:本站与腾讯微信、微信公众平台无任何关联,非腾讯微信官方网站。
粤ICP备16075700号-1