不死鸟的传奇

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  生死未卜,义无反顾,这使得航天探测器的旅程多少有些悲壮,然而却有这样一个幸运儿——不向命运屈服的“隼鸟”,在探索一片从未涉足过的陌生小行星时,“身体”不幸受到巨大摧残,甚至和地面失去了联系。在这样的情况下,大难不死,历时三年重返地球,成就不死鸟传奇的,就是“隼鸟”号小行星探测器。
  目标:“丝川”
  “隼鸟”号是一颗看起来很朴素的探测器,长1.6米,宽1.1米,高1米,重量也只有510千克,而通常相同寿命的人造地球卫星重量在一两吨左右。
  不过,“隼鸟”号朴素外表的背后却包含着很多的新技术,这些尚未成熟的新技术既赋予了探测器新的活力,也成为“隼鸟”号最终伤痕累累的重要原因。
  另一个不同于当时的绝大多数探测器的地方是,“隼鸟”号的探测目标是一颗名不见经传的小行星,而在此之前,大多数热门天体都是大行星。
  选择小行星,是经过天文学家们深思熟虑的。小行星们就像太阳系的“时间胶囊”一样,保存着太阳系早期形成之时的信息,很可能为我们了解太阳系的形成和演化提供重要的痕迹和线索。
  最简单的例子是,尽管地球已经四十多亿的高龄了,但在地球表面找到一块30亿年前的岩石十分困难,而在月球上找一块古老的岩石要容易得多,在小行星上,则遍地都是古老的岩石。
  “隼乌”号选择的小行星尤其袖珍,目标小行星编号25143号“丝川”,是一个仅有535米长、294米宽和209米高的大“土豆”,相当于l6座胡夫大金字塔。它也是人类主动探测的最小的一颗天体。
  新技术加身.
  小行星“丝川”并不位于我们所熟知的,介于火星和木星之间的小行星带,而是一颗阿波罗型小行星。这类小行星主要分布在金星和火星的轨道之间,它们的轨道和地球轨道有交点。也正因为如此,部分阿波罗型小行星接近地球的时候距离非常近,比较容易探测。
  “隼鸟”号于2003年5月9日从鹿儿岛航天中心发射升空。好景不长,发射后不久,超强的太阳黑子爆发,“隼鸟”号部分太阳能帆板失效,太阳能电量供应下降。雪上加霜的是,之后它的蓄电池也挂了,所以只能靠太阳能帆板提供全部的能量。但是,这个故障对于“隼鸟”号的际遇而言,还只是命运的开胃小菜。
  为了实现低成本、低燃料消耗,“隼鸟”号使用了一个新技术——离子推进发动机。这款发动机并不是在“隼鸟”号上首次使用的,但长时间使用和验证离子推进发动机的却不多见,这也是“隼鸟”号的一个科学目标。这种发动机的推力比常见的化学能发动机要小得多,非常节省燃料。不过“隼鸟”号的曲折经历无一不和离子推进发动机有关,我们可以看到这项新技术是如何像蹦极一样,将“隼鸟”号推进深渊,又从深渊里拉回。
  失败的第一次碰触
  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。
  一切似乎都非常顺利。
  然而仅仅两天后的2005年7月31日,“隼鸟”号就出现了第一个大问题——×轴姿态控制失灵,这相当于一架不能控制向左右转弯的飞机。
  现代的航天器大多采用的是三轴稳定的方式,即通过内部控制器的调整,稳定航天器在xyz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。
  坏了一个方向控制的情况并不算糟糕,“隼鸟”号还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轴姿态稳定也失灵了。
  病情加重的“隼鳥”号并没有医生,所以它只能继续硬抗。
  进入11月,“隼鸟”号开始多次尝试着陆。由于着陆时通信天线无法对准地球,因此这段时间地球和探测器之间是失联的。外加上此时地球和小行星“丝川”之间距离较远,光速的信号传输也会有几分钟的延迟。
  这就导致了地面并不知道“隼鸟”号的情况,不知道“隼鸟”号是否有条件着陆。于是,你不知道它有没有着陆,你也不知道你发过去的指令有没有生效,只有它发给你消息时,你才知道它有没有着陆。
  11月12日,“隼鸟”号下降到了距离小行星表面仅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,人为操纵释放了1斤重的微型着陆器“Minerva”。不过着陆器仍然距离地表太高,而“丝川”小行星自身的引力非常小,因此,在这个高度下释放的“Minerva”逃逸到了太空,着陆器的着陆失败了。
  11月20日,“隼鸟”号首次“触摸”到了小行星“丝川”。当时,“隼鸟”号因为不明原因的故障而在10米高的半空中停留,并进入安全模式。此时地面发出了放弃着陆和上升的指令,还没等“隼鸟”号收到这一指令,“隼鸟”号自行降落在了小行星“丝川”的地面上。
  随后在上升状态中,“隼鸟”号收到了来自地面的上升指令,地面收到了“隼鸟”号的着陆状态确认,难以形容此时地面工作人员的复杂心情。着陆后,“隼鸟”号迅速上升,离开了“丝川”。
  失联了
  11月25日,“隼鸟”号第二次“触碰”到小行星“丝川”。
  就在之后的第二天,病情加重了!“隼鸟”号本身就已经有两个方向的姿态稳定失灵,不得已依靠发动机的推力来维持平衡。
  而不幸的是,“隼鸟”号的燃料已经泄露多时,主发动机没有足够的燃料可用,一时无法及时调整“隼鸟”号自己的姿态,姿态逐渐失控。而姿态的失控将意味着“隼鸟”号的天线无法对准地球,和地球的联络可能中断。
  局势越来越恶化,主发动机几乎处于弃疗的状态.12月8日,最不愿意看到的事情还是发生了,“隼鸟”号与地球失联了!   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,姿态会持续不稳定,然而在这些不稳定状态中,“隼鸟”号可能会处在一个特定的范围内,这一范围内的姿态下“隼鸟”号是可以与地球进行短时间联络的,这时候地面工作人员就可以尝试人为启动离子推进发动机。
  另一方面,地球自身也在公转,因此地球的视角也在不断变化。总而言之,就是希能幸运地能因此联系上正在乱转的“隼鸟”号,希望乱转之中也能逐渐恢复有序。
  地面此时能做的,就是不断搜寻可能由“隼鸟”号发出的信标信号,并寄希望于“隼鸟”号能够调整回一部分姿态,能够朝向地球哪怕一小会儿。
  等待的过程是煎熬的,很多探测器在失联之后就从此杳无音信。工作人员并不知道自己需要等待多久,大家也不知道遥远的“隼鸟”号此时此刻正在经历着什么样的煎熬,这是一个重病缠身,却又倔强的“隼鸟”号。
  2006年1月23日,经历了46个日日夜夜的失联之后,地面最终等到了来自“隼鸟”号的信标信号。“隼鸟”号没有放弃自己,地面也不会。
  收到信标信号是一个好的苗头,说明“隼鸟”号的系统还在正常工作,姿态调整还具备一定的功能。于是地面使用了一个最简单的方式来看看是否能控制“隼鸟”号,地面让“隼鸟”号发送另一个信标信号,3天后,地面收到了另一个信标信号,“隼鸟”号做到了!
  2月6日,根据地面的指令,“隼鸟”号启动了离子推进发动机,一步一步进行姿态校准和控制,将天线对准地球。“隼鸟”号的通信天线和大型卫星电视天线是接近的,都是几米宽的抛物面天线,长得像是一口锅。人们用这口锅接收卫星的信号,“隼鸟”号也用这样的一口锅与地面通信。
  2006年3月7日,官方正式宣布再次與“隼鸟”号恢复正常联络,“隼鸟”号大难不死,置之死地而后生。
  然而“隼鸟”号还有个终极目标——返回地球。“隼鸟”号那病入膏肓的身体还能够继续这趟旅程吗?
  发动机的勉强支撑
  即使是完全正常工作的探测器,地球的往返票并不像火车往返北京和上海之间那样有轨道,也不像飞机那样有航线,毕竟北京和上海不会长腿跑掉,因此路线的设计会简单得多。
  但是地球、“隼鸟”号和小行星“丝川”都是不断高速运动的,高到可以使用km/s的单位来描述,在这么快的速度下往返天地之间的难度可想而知。
  对于“隼鸟”号这样经历了这么多坎坷和风雨的游子来说,回家或许意味着更多。人们也期待“隼鸟”号能够回家,也期待着“隼鸟”号带给我们来自外星的礼物。
  2007年4月25日,“隼鸟”号开始回家旅途的第一次变轨。
  2009年11月4日,离子推进发动机D故障。祸不单行的是,发动机D完全故障时,还有两台各坏了一半,发动机A和B分别有一部分器件故障。
  “隼鸟”号一共有四台离子推进发动机,分别编号为A、B、C、D,原本预计有一台做备份,现在却只有一台完好的发动机。
  幸好A和B坏的部分不一样,地面工作人员将A和B正常工作的部分拼凑成了“一台”可用的发动机,最终的“隼鸟”号仅剩这两台可以使用的发动机。而经过技术人员的计算,这几乎是勉强能使“隼鸟”号返回地球的最低发动机配置了。
  身残志坚的“隼鸟”号凭借着微弱的动力和强大的毅力,一步步靠近地球。这一路,“隼鸟”号走了三年。
  2010年6月13日,本来有机会漂泊太阳系的“隼鸟”号主体也选择了回归地球,不过这项选择的代价是坠入大气层烧毁,“隼鸟”号的再入画面十分绚烂,高速摩擦产生的视觉效果如同高空的烟花一般绚烂,“隼鸟”号在烟花中完成了自己的使命。
  最终,“隼鸟”号返回舱安全着陆在预定的澳大利亚沙漠中,不死鸟回家了!
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