科普中国-科普融合创作与传播 2019-04-03
出品：科普中国
制作：haibaraemily
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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北京时间2月21日下午12:45，隼鸟2号终于从悬停位置开始下降。尽管已经比预定时间晚了5个小时，但它似乎成竹在胸，只是稳稳地操纵探测器加速下降。JAXA的隼鸟2号探测器，正在面临它一生中最重大的考验。
隼鸟2号和小行星龙宫的艺术假想图。来源：JAXA[1]
它花了三年半时间，跋涉数十亿公里，来到这颗名叫“龙宫”、直径只有约900米的小行星。它已经出色完成了多项科学考察，顺利投下着陆器和巡视器。
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。
临门一脚并不是一帆风顺的。尽管事先已经预演了三次，也对着陆区做了充分的考察，但实际准备降落时却发现…怎么没在预定的着陆位置上啊！好在远在3.5亿公里外的科学家团队经验丰富，在短短5个小时里就为隼鸟2号重新规划了降落路线。为了赶上原本计划的着陆时间，隼鸟2号把第一阶段降落速度从40厘米/秒直接提到了90厘米/秒。结果最终，隼鸟2号不仅没有迟到，而且提前了…这完全是出乎意料的。
北京时间2月22日6:07（也就是日本时间7:07），隼鸟2号追平了原本的计划，准时抵达了距离龙宫上空45米的位置。再然后，隼鸟2号只用了22分钟就抵达了8.5米上空，而这段距离原本的计划需要58分钟。
6:29，隼鸟2号顺利着陆在龙宫表面的预定着陆区L08-E1，比计划时间提前了36分钟。这一切发生得太突然了，以至于控制室的很多科学家们在确认着陆的那个短暂的瞬间根本就不在工作岗位上（以为还有半个小时才会着陆嘛）。
6:49，控制室突然收到了隼鸟2号传回的确认已经成功着陆的信号，全场陷入沸腾。
确认着陆成功瞬间的控制室。来源：JAXA[2]
当时正在看JAXA直播[3]的全世界的爱好者们直接就懵了，因为直播是日语的，这也没按时间表来，所以完全不知道是突然发生了啥…直到随后的英语翻译解释了，才知道是确实着陆成功了。总之，有惊无险地，隼鸟2号成功着陆在龙宫表面并完成了采样，而且实际着陆点非常精准，和预定着陆区中心只偏离了1米。
隼鸟2号第一次着陆采样点。汉化自：JAXA[4]
精准着陆
一颗距离地球3.5亿公里外的探测器，在一颗直径约900米的小行星上，着陆位置精度达到了1米，可以说是航天版的“百步穿杨”了…怎么能做到这么准的？除了精准的测控技术，反复的模拟演练之外，不得不提的还有隼鸟2号根据龙宫的实际情况精心规划的着陆方案。
不管是隼鸟2号还是当年的隼鸟号，在着陆采样之前都会先投下一个标记球（TM），标记球可以反射光，这样隼鸟号就可以通过对标记球打光来辅助自己定位，也就是说这个标记球相当于是一个小型灯塔。隼鸟号携带了3个标记球，而隼鸟2号一共带了5个标记球。
隼鸟2号携带的5个标记球。2018年10月24日-26日期间的第三次采样演习里投下了B号球。汉化自：JAXA[5]
但隼鸟号和隼鸟2号在实际采样时有一个很大的区别，那就是隼鸟号是投下标记球即刻降落采样，而隼鸟2号则是在几个月前的第三次采样演习（TD1-R3）时就投下了第一个标记球B号球，而计划的着陆区L08-E1距离标记球也不远，所以为了避免投下两个标记球造成干扰，隼鸟2号决定直接用这个标记球来“照路”。
龙宫上已投下的标记球TM位置和预定着陆区L08-E1位置，着陆区范围是一个直径6米的圆形区域。来源：JAXA[6]
因此，隼鸟2号采用了精确着陆采样方式（pinpoint touchdown ），这是与隼鸟号完全不同的着陆方案。
隼鸟号和隼鸟2号的着陆方案区别。汉化自：JAXA[7]
另一方面，由于小行星龙宫表面崎岖不平，为了保障着陆安全，不让探测器被地上的石块磕坏，隼鸟2号选择依照实际地形起伏，倾斜降落采样。
隼鸟2号选择的着陆姿态。汉化自：JAXA[7]
短兵相接
北京时间2月22日6:29，隼鸟2号顺利着陆在龙宫表面的预定着陆区L08-E1。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。来源：JAXA[1, 3]
砰！
一颗质量5克，直径8毫米的钽质子弹以300米/秒的速度从采样杆中飞出，射向龙宫表面。
（左）隼鸟2号采样杆内部结构和子弹发射装置，（右）2015年于JAXA相模原分部进行的模拟撞击试验装置，注意子弹是倾斜打出的。来源：JAXA[8]
弹筒和子弹长这样▼
隼鸟2号的子弹发射装置和子弹。来源：JAXA[9]
其实，这种模拟撞击龙宫表面的实验，项目组之前早就做过。但那些都是在隼鸟2号尚未抵达龙宫，人们对龙宫表面还一无所知的时候，因此那些实验都是在假设龙宫表面有细小颗粒的沙土覆盖的情况下进行的。
然而，去年9-10月间投下巡视器MINERVA-II1和着陆器MASCOT之后（详情参见：进击的隼鸟2号），仨先头兵登上龙宫一拍，发现…龙宫表面是真的没啥平整的地方…都是石块，那有啥小颗粒的沙土啊…也就是说…之前的模拟实验并不能体现子弹撞击龙宫表面的实际情况…
2018年9月23日，巡视器MINERVA-II-1B在着陆阶段和着陆后不久拍摄的照片，即使在这么近的情况下看，龙宫表面也都是遍布石块的。来源：JAXA[11]
这…这么多石头，子弹还能给力么？得…还得再做一次实验才能放心…于是就有了2018年12月的这次高度仿真的模拟龙宫撞击试验。
为了尽可能真实地模拟子弹撞击龙宫表面的样子，这次地面实验采样了和隼鸟2号实际携带的子弹相同批次出厂的完全一样的子弹，还根据释放着陆器和巡视器了解的龙宫表面最新的地质情况，用与龙宫表面石块成分、大小、强度最接近的模拟石块来作为接受撞击的表面。
2018年12月28日，隼鸟2号项目组在东京大学TeNQ实验室进行的撞击试验设备和材料，其中模拟龙宫表面材料的石块，是参考地球上能观察到的和龙宫上的物质最像的碳质球粒陨石制备的，而大小、形态和强度则参考了释放着陆器和巡视器了解的龙宫表面最新的地质情况。来源：…
