不死鳥的傳奇——“隼鳥”家族的小行星之旅(中)


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2005年7月31日,“隼鳥”號就出現了第一個大問題——x軸姿態控制失靈,這相當於一架不能控制向左右轉彎的飛機。 

然而禍不單行, 10月2日,“隼鳥”號的y軸姿態穩定也失靈了。


不死鳥的傳奇——“隼鳥”家族的小行星之旅(中)

病情加重的“隼鳥”號並沒有醫生,所以它只能繼續硬抗。

進入11月,“隼鳥”號開始了多次“薛丁格式”的著陸。由於著陸時通信天線無法對準地球,因此這段時間地球和探測器之間是失聯的。外加上此時地球和小行星“絲川”之間的距離,因此光速的信號傳輸也會有幾分鐘的延遲。

這就導致了地面並不知道“隼鳥”號的情況,以及“隼鳥”號是否有條件著陸,你不知道它有沒有著陸,你也不知道你發過去的指令有沒有生效,只有它發給你訊息時,你才知道它有沒有著陸。

11月12日,“隼鳥”號下降到了距離小行星表面僅55米的地方,原本準備著陸的“隼鳥”號發生了故障,停在了半空中,不知情的地面工作人員錯誤的評估了此時 “隼鳥”號薛丁格的狀態,人為操縱釋放了1斤重的微型著陸器“Minerva”。不過著陸器仍然距離地表太高,而“絲川”小行星自身的引力非常小,因此在這個高度下釋放的“Minerva”逃逸到了太空,著陸器的著陸失敗了。和接下來的事故相比,這只是“隼鳥”號眾多故障中的一個插曲。

11月20日,“隼鳥”號首次“觸摸”到了小行星“絲川”,這又是一次薛丁格狀態的著陸。“隼鳥”號因為不明原因的故障而在10米高的半空中停留,並進入安全模式。此時地面發出了放棄著陸和上升的指令,還沒等“隼鳥”號收到這一指令,“隼鳥”號自行降落在了小行星“絲川”的地面上。

隨後在上升狀態中,“隼鳥”號收到了來自地面的上升指令,地面收到了“隼鳥”號的著陸狀態確認,難以形容此時地面工作人員的複雜心情。

11月25日,“隼鳥”號第二次“觸碰”到小行星“絲川”。

不死鳥的傳奇——“隼鳥”家族的小行星之旅(中)

就在之後的第二天,病情加重了!“隼鳥”號本身就已經有兩個方向的姿態穩定失靈,不得已依靠發動機的推力來維持平衡。

而不幸的是,“隼鳥”號的燃料已經泄露多時,主發動機沒有足夠的燃料可用,一時無法及時的調整“隼鳥”號自己的姿態,姿態逐漸失控。而姿態的失控將意味著“隼鳥”號的天線無法對準地球,和地球的聯絡可能中斷。

局勢越來越惡化,主發動機幾乎處於棄療的狀態,12月8日,最不願意看到的事情還是發生了,“隼鳥”號與地球失聯了!

……

不拋棄,不放棄,成為接下來的奮鬥目標,這不僅是對地面工作人員的勉勵,也是對“隼鳥”號的期待。

“隼鳥”號在失聯狀態下,姿態會持續的處於不穩定狀態,然而在這些不穩定狀態中,有一定機率下,“隼鳥”號會處在一個特定的範圍內,這一範圍內的姿態下“隼鳥”號是可以與地球進行短時間的聯絡的,這時候地面工作人員就可以嘗試人為啟動離子推進發動機。

另一方面,地球自身也在公轉,因此地球的視角也在不斷的變化。總而言之,就是希能有幸能因此聯繫上正在亂轉的“隼鳥”號,希望亂轉之中也能逐漸恢復有序。

地面此時能做的,就是不斷的搜尋可能由“隼鳥”號發出的信標信號,並寄希望於“隼鳥”號能夠調整回一部分姿態,能夠朝向地球哪怕一小會。

等待的過程是煎熬的,很多探測器在失聯之後就從此杳無音信,工作人員並不知道自己需要等待多久,大家也不知道遙遠的“隼鳥”號此時此刻正在經歷著什麼樣的煎熬,這是一個重病纏身,卻又倔強的“隼鳥”號。

2006年1月23日,經歷了46個日日夜夜的失聯之後,地面最終等到了來自“隼鳥”號的信標信號。“隼鳥”號沒有放棄自己,地面也不會。

收到信標信號是一個好的苗頭,說明“隼鳥”號的系統還在正常工作,姿態調整還具備一定的功能。於是地面使用了一個最簡單的方式來看看是否能控制“隼鳥”號,地面讓“隼鳥”號傳送另一個信標信號,3天后,地面收到了另一個信標信號,“隼鳥”號做到了!

2月6日,根據地面的指令,“隼鳥”號啟動了離子推進發動機,一步一步的進行姿態校準和控制,將天線對準地球。“隼鳥”號的通信天線和一些人見過的大型衛星電視天線是接近的,都是幾米寬的拋物面天線,長得像是一口鍋。人們用這口鍋接收衛星的信號,“隼鳥”號也用這樣的一口鍋與地面通信。

2006年3月7日,官方正式宣布再次與“隼鳥”號恢復正常聯絡,“隼鳥”號大難不死,置之死地而後生。

不死鳥的傳奇——“隼鳥”家族的小行星之旅(中)

然而“隼鳥”號還有個終極目標——返回地球。“隼鳥”號的仍然病入膏肓的身體還能夠繼續這趟旅程嗎?

即使是完全正常工作的探測器,地球的往返票並不像火車往返北京和上海之間那樣有軌道,也不像飛機那樣有航線,畢竟北京和上海不會長腿跑掉,因此路線的設計會簡單的多。

但是地球、“隼鳥”號和小行星“絲川”都是不斷高速運動的,高到可以使用km/s的單位來描述,在這么快的速度下往返天地之間的難度可想而知。

“隼鳥”號的軌道設計是經過精心設計的,採用了一個特殊的大橢圓軌道,這個橢圓軌道的近日點的距離和角度與地球軌道相近,遠日點和小行星的距離相近。再利用地球公轉周期和探測器公轉周期的不同,使得某一時間段內,探測器在近日點附近能夠遇上地球,這樣探測器再進行變軌和分離返回艙的操作,從而使得返回艙返回地球,如下圖所示:

不死鳥的傳奇——“隼鳥”家族的小行星之旅(中)

綠色的是地球軌道,橙色的是火星軌道,藍色的是目標天體(這裡是小行星“絲川”),紅色是“隼鳥”號探測器軌道,標尺單位為天文單位AU,1AU表示太陽和地球之間的平均距離,約1.5億公里。

對於“隼鳥”號這樣經歷了這么多坎坷和風雨的遊子“隼鳥”號來說,回家,或許意味著更多。人們也期待“隼鳥”號能夠回家,也期待著“隼鳥”號帶給我們來自外星的禮物。

2007年4月25日,“隼鳥”號開始回家旅途的第一次變軌。

2009年11月4日,離子推進發動機D故障。禍不單行的是,發動機D完全故障時,還有兩台各壞了一半,發動機A和B分別有一部分器件故障。


不死鳥的傳奇——“隼鳥”家族的小行星之旅(中)

“隼鳥”號一共有四台離子推進發動機,分別編號為A、B、C、D,原本預計有一台做備份,現在卻只有一台完好的發動機。

幸好A和B壞的部分不一樣,地面工作人員將A和 B正常工作的部分拼湊成了“一台”可用的發動機,最終的“隼鳥”號僅剩這兩台可以使用的發動機。而經過技術人員的計算,這幾乎是勉強能使“隼鳥”號返回地球的最低發動機配置了。

身殘志堅的“隼鳥”號憑藉著微弱的動力和強大的毅力,一步步靠近地球,這一路,“隼鳥”號走了三年。

不死鳥的傳奇——“隼鳥”家族的小行星之旅(中)

三年後的2010年4月,“隼鳥”號進入返回地球的60天倒計時,此時的“隼鳥”號距離地球還有2700萬公里,在這個距離飛向地球的精準程度,堪比太空狙擊手。要知道,“隼鳥”號還是帶病工作,發動機壞的差不多了的那種。在最後的兩個月中,“隼鳥”號進行了4次軌道調整,確保準確無誤的進入地球軌道。

返回地球的倒數第3天,“隼鳥”號在距離地球四萬公里的高度釋放返回艙,準備投入地球的懷抱。 “隼鳥”號的返回艙是一個直徑40厘米,高20厘米,重量僅17公斤的“圓盾”狀殼體,緊密的保護著來自小行星的“饋贈”。

2010年6月13日,“隼鳥”號返回艙再入返回地球,速度高達12km/s,比普通衛星和載人飛船返回艙速度每秒要多跑4公里。如此高速的返回大氣層,返回艙需要耐受和隔離大氣層摩擦產生的更高溫度,這個溫度也是載人飛船和太空梭所難以承受的。

本來有機會漂泊太陽系的“隼鳥”號主體也選擇了回歸地球,不過這項選擇的代價是墜入大氣層燒毀,“隼鳥”號的再入畫面十分絢爛,高速摩擦產生的視覺效果如同高空的煙花一般絢爛,“隼鳥”號在煙花中完成了自己的使命。

最終,“隼鳥”號返回艙安全著陸在預定的澳大利亞沙漠中,不死鳥回家了!

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