14 隼鳥2號的著陸窘
上一章我給你們講了隼鳥號的精彩故事，這個故事隻要把真實的情節敘述出來，就是一部電影，連編劇都不需要了。而下麵要登場的是隼鳥號的升級版——隼鳥2號，它的旅程依舊精彩。
2018年6月27日，地球上的夏至剛剛過去。在位於神奈川的日本宇宙航空研究開發機構的控製室內，隼鳥2號項目的總負責人津田雄一與他的600位同事，正焦急地等待著什麽。沒錯，這個時刻到來了！在發射後的第1302天，隼鳥2號經過3億千米的長途跋涉，終於抵達了距離目標小行星龍宮20千米左右的地方，並且與小行星保持了相對靜止。
這一刻，控製室內立刻爆發出熱烈的掌聲，研究人員們歡呼雀躍——4年的等待終於沒有白費。很快，隼鳥2號就傳來了小行星龍宮的第一套珍貴的特寫照片。可是，令人萬萬沒有想到的是，當小行星龍宮的地貌逐漸顯現出來後，笑容在津田雄一臉上凝固了。他怎麽也沒有想到，小行星龍宮竟然是這個形狀，這張令人吃驚的“麻臉”或許會引發災難性的後果……
那麽，小行星龍宮到底長什麽樣呢？為什麽小行星的“顏值”對著陸至關重要？隼鳥2號到底有沒有順利著陸呢？
咱們書歸正傳，從頭講起。讓我們先來認識一下隼鳥2號。
基於隼鳥號的教訓，隼鳥2號做出了一些針對性的改進(1)。
第一個重要改進針對姿態控製係統。隼鳥號有三個用於姿態控製的反作用輪，但在第一次著陸前就壞了兩個。隼鳥2號增加了一個反作用輪，並且盡量少地去使用它們。
另一個重要改進針對燃料和氧化劑管道的走線。隼鳥號有兩種走線管道，但遇到問題時都不管用，在第二次著陸後發生了可怕的燃料泄漏。所以，隼鳥2號的化學推進係統進行了優化，具體方式有改進閥門清洗方法和氣密性試驗、減少焊接位置、審查焊接程序等(2)。
隼鳥2號還改進了離子發動機。隼鳥號有四個離子發動機，在任務的最後，它們老化嚴重，壞的壞，傷的傷，最後勉強才拚湊出一個好用的。所以，隼鳥2號用等離子體保護放電器的內壁，並且通過加強磁場來降低電子發射所需的電壓，來延長發動機的使用壽命(3)，引擎的推力水平也增加了20%左右。
我們再來看看這次隼鳥2號探測的目標——小行星龍宮。它位於地球和火星之間，於1999年被發現。“龍宮”這個名字和隼鳥號拜訪的絲川一樣，都是日本決定對它進行探索後才起的名字，來源於日本民俗故事《浦島太郎》。在故事中，漁民浦島太郎救了一隻烏龜，烏龜為了報恩，將他帶到了水下的龍宮。浦島太郎愛上了一位懇求他留下來的公主，三天之後他希望回到水麵。作為一份離別禮物，公主給了他一個盒子，告訴他永遠不要打開。回到家後，浦島太郎震驚地發現300年過去了，他認識的每個人都已經死了。在困惑中，他打開盒子，立刻被一團白霧籠罩。當白霧消失後，他發現自己變成了一個老人，因為盒子裏有他的過去。(4)你能不能從這個故事中聽出“龍宮”的寓意呢？
在故事中，浦島太郎在“龍宮”的盒子裏找到了他丟失的過去。而隼鳥2號的目的就是取得小行星龍宮的物質樣本，並帶回地球，希望從中獲取太陽係最初的信息。
龍宮是一顆C-型小行星(5)，比隼鳥號探索的絲川更加原始，像一顆“時間膠囊”。了解小行星上的物質構成有助於我們了解地球和生命的起源。由此可見，龍宮絕對是被寄予厚望的。那麽，在出發之前，隼鳥2號研究團隊對龍宮了解多少呢？
通過紅外觀測，研究團隊知道龍宮的直徑約為900米，表麵積有9個足球場那麽大，大致呈球形。它的反射率很低，僅有0.05，就像一個黑色的土豆。
隼鳥2號在4年中不斷傳回龍宮的照片，但始終都像打著馬賽克，不見廬山真麵目。於是，就有了本章開頭的那一幕。當隼鳥2號距離龍宮僅20千米，拍下第一張特寫近照時，研究人員還真被嚇了一跳——誰都沒想到，龍宮不是預想中的球形，而更像一個奇異的算盤珠。更可怕的是，龍宮有一張麻子臉，上麵密密麻麻滿是凹凸不平的岩石。
為了弄清岩石的數量，項目團隊用綠色在龍宮的照片上標記出直徑大小在8—10米的岩石。(6)這是一張讓人忍不住犯密集恐懼症的圖片——滿眼都是星星點點、熒熒的綠色。
這些岩石的分布事關隼鳥2號任務的成敗。因為隼鳥2號的著陸條件很嚴苛，著陸點必須滿足以下幾點要求(7)：
1.表麵的傾斜度平均在30°以內。
2.著陸時，隼鳥2號的太陽能電池板需要與龍宮表麵平行。如果著陸點部分傾斜，航天器的姿態也將傾斜，進入太陽能電池的太陽光會減弱。
3.應有一個直徑約100米的平坦區域。隼鳥2號自主著陸時，導航製導係統的精度估計約為±50米。因此，為了安全著地，必須選擇一個直徑約100米的平坦區域。
4.周圍的巨石高度不高於50厘米。隼鳥2號的下端有一個從表麵收集材料的采樣器喇叭，長度約為1米。因此，當采樣器喇叭的尖端接觸地麵時，周圍的巨石不能高於50厘米，否則隼鳥2號就會有“觸礁”的危險。
5.表麵溫度低於97℃。接地點的溫度必須低於此極限，以防止由於地麵熱量導致隼鳥2號安裝的設備因過熱而失效。
因此，岩石遍布的龍宮有一個致命的問題：無法滿足著陸條件中的第3點——無法提供一個直徑約100米的平坦區域。別說100米了，它上麵甚至連一個直徑為20米的平坦區域都難以找到。
再回看隼鳥2號，它長1米，寬1.6米，高1.25米。兩邊的兩個大翅膀——太陽能板，長6米，寬4.23米。這個大小相對於龍宮的“岩石叢林”來說，就顯得太大了。所以，著陸龍宮最大的難題就是找到一個“落腳點”。
好在天無絕人之路——隼鳥2號導航製導係統的精度是可以提高的。通過練習，可以從現在的±50米達到±20米，甚至±10米。於是，隼鳥2號項目團隊兵分兩路：第一路通過不斷測試來提高著陸精度；第二路仔細研究龍宮的地形，努力找出一個適合的著陸地點。
2018年8月17日，行動正式開始了。
隼鳥2號團隊在分析了各種地點的巨石分布圖之後，把岩石數量較少的L08確定為隼鳥2號著陸點的第一備選，L07和M04作為後備選項。名稱“L”和“M”指的是低緯度（L）和中緯度（M）位置。(8)
這裏我要特別說明一下，隼鳥2號還有兩個小型的附屬設備，一個叫小型巡視器，另一個叫著陸器。它們倆就像是隼鳥2號派出的偵察兵，可以提前在小行星上著陸，為隼鳥2號提供更精確的數據。
9月21日，小型巡視器順利著陸。10月3日，著陸器順利著陸。
小任務的接連成功讓所有人都振奮不已，人們暫時從著陸困難的陰霾中走出。很快又傳來好消息：在隼鳥2號項目團隊的努力下，著陸範圍再一次縮小，圈畫出了石塊較少的L08-B區。正當大家以為萬事大吉，隼鳥2號著陸無憂時，意外發生了。
隼鳥2號團隊突然宣布：原定於2018年10月底著陸的計劃，將推遲到2019年1月以後。在2018年10月10日的新聞發布會上，研究人員無奈地說：“龍宮開始對我們張牙舞爪了。”
這個消息非常突兀。從隼鳥2號的官方推特來看，簡直完全沒有道理，前一篇還是一切順利，怎麽突然就推遲了呢？還一下子就推遲了3個月？
隼鳥2號團隊官方給出了兩個原因：一是為了通過現有的數據更好地了解龍宮的地表條件，二是為了增加隼鳥2號的導航精度。(9)其實，導致著陸計劃推遲的導火索，是一個月前的測試中發生的意外。
一個月前，隼鳥2號在降落到600米處時，自動停止了下落，並且突然和地麵失去了聯係。地麵的研究人員除了等待別無他法。等信號恢複後，他們竟然發現隼鳥2號已經自動返回到了20千米處。(10)這到底是怎麽回事呢？
隼鳥2號失聯、自主攀升的行為看似詭異，其實原因非常簡單，甚至有點好笑——龍宮太黑了。別忘了，龍宮的反射率隻有0.05，在漆黑的宇宙背景下，就像黑人掉進煤堆一樣，很難找到。而隼鳥2號是通過激光來測定距離的，如果龍宮太黑，光反射不回來，探測器無法獲取高度，為了躲避風險，就會自動上升。2018年10月3日，著陸器的官方推特發了這樣一條推文：“哇！龍宮是如此黑，我無法定位自己。我不得不使用我的搖臂重新定位，以便我可以繼續收集科學數據……現在好多了！”(11)
這次意外暴露出一個關鍵問題：麵對漆黑的龍宮，隼鳥2號激光測距的定位方法有時會失效。有沒有一種更好的定位方法呢？
你不妨想一想，如果一個黑人掉入煤堆，如何使他迅速被認出？很簡單：讓他咧嘴一笑，露出白牙。隼鳥2號精準定位的關鍵就在於：在龍宮上布置一顆“白牙”，也就是釋放會發光的標記球。隼鳥2號隻要瞄準“白牙”，就能被精準地引導了。
這個設想很好，但實際操作起來，導航精度能否達到要求呢？這需要謹慎的實驗來驗證。於是，隼鳥2號團隊進行了兩次“排練”。這次，命運向隼鳥2號團隊露出了微笑，兩次排練都進行得非常順利。
10月25日，隼鳥2號利用激光測距（LRF）的方法，自動下降並懸停在L08-B區上空，在龍宮上投射出一個小小的影子。然後，像是母雞下蛋一樣，一個圓圓的標記球從隼鳥2號底部釋放出來，直直地落在龍宮上，滾動了幾米。標記球是用逆向反射材料製作的，能夠反射太陽光，形成一個亮晶晶的光點。雖然隻有10厘米大小，但它卻是龍宮上導航的燈塔。
這一天，隼鳥2號項目團隊興奮地在推特上寫道：“這個嚐試取得了巨大的成功！”
現在，隼鳥2號成功著陸的一個重要條件“導航定位”已經順利滿足。但是隼鳥2號依然麵臨一個大難題：符合要求的著陸地點還是沒找到。經過幾輪測試和練習後，導航的準確度已經提高到了±15米。也就是說，符合要求的平坦區域直徑達到30米即可。但問題是，L08-B的直徑僅為約20米。
幸運的是，這個棘手的問題也剛好被10月25日釋放的“燈塔”解決了。原來，“燈塔”的存在，為隼鳥2號提供了一種“精確觸地”的方法，把最終的導航精度提高到了±2.7米。換句話說，直徑20米的空間綽綽有餘了。
最終，隼鳥2號選擇了離目標標記較近的L08-E1區。那裏比L08-B區狹窄，寬度為6米，剛剛滿足隼鳥2號現在的導航精度。(12)項目團隊說：“雖然這個區域的大小隻是勉強夠用，但我們會嚐試在這裏觸地得分。”
終於，在一顆小小標記球的幫助下，所有難題迎刃而解。隼鳥2號已準備就緒，可以迎接最後的光輝時刻了。
2019年2月6日，隼鳥2號團隊在日本宇宙航空研究開發機構東京辦事處舉行了新聞發布會，向全世界宣布：觸地時間定在2月21日，著陸位置為L08-E1。
整個著陸過程沒有地麵幹預，隼鳥2號隻能靠自己。
2月21日，東京時間13點45分，隼鳥2號開始以0.9米／秒的速度下降。在下降到距龍宮40米處時，它“看到了”標記球，緩慢地移動過去。(13)突然，它停下了，因為這附近有一塊2米高的岩石。隼鳥2號不得不繼續調整自己的姿勢。終於，它避開了所有大型岩石，準確到達了著陸點的上空，就像獵人鎖定了獵物一樣，非常耐心地一點一點接近目標。
就這樣，下降一直持續到第二天上午7點29分，隼鳥2號的底端抵達了龍宮。它僅輕輕地一觸，便迅速彈起，激起碎石飛舞，然後優雅地重新回到上空。
與隼鳥號的設計一樣，所謂的“著陸”，其實就是蜻蜓點水那樣輕輕碰一下。在隼鳥2號底部有一個長長的、筒狀的東西，名為“取樣喇叭”。在它的頂端接觸小行星表麵的瞬間，它會發射子彈，在龍宮的表麵激起碎片，這些碎片會被取樣喇叭收集起來。整個過程複雜且迅速，僅在幾秒之內便能完成，之後隼鳥2號立刻轉為上升狀態。這精彩的瞬間被稱為“觸地得分”。
由於信號延遲，幾分鍾後，地麵上的隼鳥2號項目團隊才接到“著陸”成功的信號。一時間，控製室裏響起一片熱烈的掌聲，人們高聲歡呼、互相擁抱，總負責人津田雄一更是忍不住流下了激動的淚水。
然而，著陸成功隻是一個開始。
2個月後，2019年4月5日，隼鳥2號向小行星龍宮表麵發射了攜帶9.5公斤炸藥的撞擊器——SCI。在爆炸的巨大威力下，小行星地下岩石噴湧而出。撞擊器給龍宮表麵製造了一個人工撞擊坑，炸出了小行星的深層物質。
又3個月後，2019年7月11日，隼鳥2號二度成功登陸小行星龍宮，采集到了上次炸出來的地下岩石標本。
在我們歡度國慶節期間的10月3日，日本官方宣布，隼鳥2號成功完成了小行星漫遊車的釋放任務。至此，隼鳥2號的小行星考察任務全部完成。它於2019年12月3日出發返回地球，預計2020年年底回到地球的懷抱。
看起來一切都很順利。但別忘了，太空探索充滿了不確定性和意外，在沒有拿到最終的樣品前，隼鳥2號的任務都有可能因為任何微小的失誤而前功盡棄。因此，隼鳥2號團隊絲毫不敢大意，現在依然是他們最為緊張的時候。
讓我們一起期待隼鳥2號的歸來吧。或許你不願意看到日本在太空探索領域與我國有的一拚，但這一刻，我還是希望你暫時放下民族感情，這畢竟是代表全人類的太空探索事業。日本在太空探索領域取得的成果是屬於全人類的，將來總有一天，人類要向宇宙社會展示我們的文明史。當我們麵對外星文明時，我們一定會說：“人類，而不是美國人，於1969年7月20日登上月球；人類探測器，而不是中國探測器，於2019年1月3日成功登陸月球背麵；人類探測器，而不是日本探測器，於某年某月某日，第二次將小行星物質帶回地球。”
科學是屬於全人類的壯麗事業，任何科學成就放到宇宙的大背景下，都是屬於全體人類文明的成就。
(1)M. Yoshikawa, H. Kuninaka, N. Inaba, Y. Tsuda, HAYABUSA 2, THE NEW CHALLENGE BASED ON THE LESSONS LEARNED OF HAYABUSA. JAXA, https://ssed.gsfc.nasa.gov.
(2)Hayabusa 2 Project Team, Hayabusa 2 Information Fact Sheet, Ver. 2. 3, pp46, Jul. 5, 2018.
(3)Overview of Hayabusa 2 Major Onboard Instruments, https://global.jaxa.jp/.
(4)Hayabusa 2 Project Makoto Yoshikawa, What Kind of Asteroid is Ryugu?, http://www.hayabusa2.jaxa.jp/, Apr. 4, 2018.
(5)C-型小行星：含碳的小行星，它們是最普通的小行星，約占已知小行星的75%。
(6)Tatsuhiro Michikami, Boulders on the Surface of Asteroid Ryugu, http://www.hayabusa2.jaxa.jp/, Aug.31, 2018.
(7)Hayabusa 2 project, The Touchdown Site, http://www.hayabusa2.jaxa.jp, Feb. 19, 2018.
(8)Hayabusa 2 Project, Determination of Landing Site Candidates!, http://www.hayabusa2.jaxa.jp, Sept. 3, 2018.
(9)Hayabusa 2 project, Schedule Change for the Touchdown Operation, http://www.hayabusa2.jaxa.jp,Oct. 14, 2018.
(10)Operation Status, http://www.hayabusa2.jaxa.jp.
(11)原文是：Wow! Ryugu is so dark that I had trouble orienting myself. I had to use my swing arm to relocate so I could continue collecting scientific data... Much better now!
(12)Hayabusa 2 project, The Touchdown Site, Feb. 19, 2018.
(13)詳見JAXA發布的視頻：Asteroid Explorer “Hayabusa 2” Launch Live Broadcast。