出品：科普中國
製作：haibaraemily 鸑鷟鵷鶵
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
對絕大多數探測器來說，宇宙的旅程是一條不歸路。
然而，卻有這樣的一個探測器，在探索一片人類從未涉足過的陌生地帶時，身體不幸受到巨大摧殘，甚至一度和地面失去了聯繫。卻能大難不死，在人類的幫助下，克服重重困難，一次一次絕處逢生，最後帶著珍貴的小行星"絲川"樣本返回地球。
這隻成就了不死鳥傳奇的，是日本JAXA的"隼鳥"號（Hayabusa）小行星探測器。
四年後，隼鳥號的繼任——"隼鳥"2號小行星探測器再次揚帆起航，前往一個新的未知之地——小行星"龍宮（Ryugu）"。
隼鳥號和隼鳥2號探測目標天體時的假想圖
隼鳥2號探測器預計於今年6-7月到達目的地。掐指一算，這眼看就快到啦！
隼鳥2號的設計軌道
隼鳥2號的重大改進
隼鳥2號沿用隼鳥號已經驗證的平臺和技術，大小和重量比隼鳥號略大，這主要是多帶了一些儀器。整體結構跟隼鳥號差不多，太陽能板、廣角相機、激光高度計什麼的都是常規操作，還是同樣採用了4臺離子推進發動機（但加強了推力）。
但為了避免之前隼鳥號的各種意外的再次發生，隼鳥2號在方方面面都針對性地做出了許多重大改進。畢竟絕處逢生雖然刺激，但地球人畢竟心臟不太好…那樣大起大落失而復得的經歷，有一次就足夠了，誰也不想再體驗第二次了。
隼鳥2號硬件上的主要改進有五點，無一不體現了日本人"小心駛得萬年船"的謹慎性格…
1、天線
探測器和地球基站的聯絡主要靠探測器頭頂那個大鍋一樣的拋物面天線，而隼鳥號最大的一次事故就是因為姿態失控失聯了近兩個月，因此隼鳥2號採用了雙保險，頭頂直接裝了兩個高增益天線。
隼鳥號（左）和隼鳥2號（右）
這兩個高增益天線的頻段不同，一個是X波段，專用於深空探測，另一個則是頻率更高的Ka波段，兩個波段彼此之間不會互相干擾，而地面的工作人員也可以更加高效地和隼鳥2號進行交流。另一方面，Ka波段通信帶寬要明顯高於X波段，地面下載數據的速度也會更快捷。
2、測星儀
古代的人們在沒有地標的茫茫大海上航行時靠什麼來識別方向呢？靠認星星。
探測器在沒有地標的茫茫宇宙裡航行靠什麼來識別方向呢？也是靠認星星。
隼鳥號是用一個測星儀來自動追蹤和對探測器的位置進行校準的，而隼鳥2號又加了一個測星儀。兩個測星儀不僅可以單獨測量星體位置，彼此之間還可以採用干涉測量，這極大地提高了隼鳥2號自己定位的精度和軌道調整的精確度，為隼鳥2號的搜尋目標小行星和返回地球提供了保障。
紅色部分是隼鳥2號兩個測星儀的儀器蓋，在太空中是沒有這兩個蓋子的
隼鳥號（左）和隼鳥2號（右）
3、撞擊器
隼鳥號只採集到了小行星"絲川"表層的一些微粒，如何採集到小行星更深處的東西呢？
於是隼鳥2號的底部攜帶了一枚小型撞擊器SCI，這枚撞擊器的作用就是狠狠砸向小行星，希望能將小行星內部的成分也砸出來（有點類似NASA深度撞擊號的探測思路）。這次攜帶的撞擊器非常之暴力，是一枚大號的穿甲彈，主體由2.5公斤重銅質彈體和4.7公斤的炸藥組成。撞擊器將以2 km/s的高速撞向小行星表面，形成一個人造撞擊坑。隼鳥2號將在這個新的撞擊坑裡著陸，探尋小行星內部的物質。
隼鳥2號攜帶的撞擊器
隼鳥2號扔下撞擊器之後的假想圖。隼鳥2號要趕緊飛離，以免被濺射物撞傷
4、著陸器和巡視器數目增加
隼鳥號攜帶了一枚約1斤重的微型巡視器Minerva，但因為地球上工作人員的操作失誤，在過高的地方就釋放了Minerva，而"絲川"自身的引力又非常小，因此在這個高度下釋放的"Minerva"逃逸到了太空，著陸失敗。
隼鳥號（也叫MUSES-C）攜帶的衛星著陸器Minerva
而這次，隼鳥2號估計嚇著了，一口氣帶了一個著陸器（MASCOT）和三個巡視器（MINERVA-II1 ROVER 1A、ROVER 1B和MINERVA-II2 ROVER 2）…多帶幾個，保險~
隼鳥2號攜帶的著陸器（左）和巡視器（右）
其中著陸器MASCOT是由德國宇航中心DLR設計研製的，看DLR公佈的模擬視頻還是很膩害的，雖然沒有輪子，但可以自主"翻身""跳躍"，換地方觀測。
5、標記球的數量從3個增加到了5個
隼鳥號（左）攜帶的3個標記球，隼鳥2號（右）攜帶5個標記球
標記球是做什麼用的？
探測器降落的時候，到小行星的垂直距離很容易測量出來，但是探測器的水平移動卻不方便測量，這時候要是小行星的地面有一座燈塔就好了，這個靈感啟發了"隼鳥"家族的工程師們，探測器自己釋放一個"燈塔"不就好了。
因此隼鳥號攜帶了3個標記球來協助探測器降落，在每次著陸之前，隼鳥都會先釋放一個標記球，標記球釋放之後會反射探測器攜帶的閃光燈發出的光，就像一座"小型燈塔"一樣為探測器指路，隼鳥由此得知自己的位置的變化，尤其是水平方向的唯一。
隼鳥號攜帶的3個標記球，上面是沒點亮時的狀態，下面是點亮時的狀態
由於隼鳥2號這次既需要釋放更多著陸器和巡視器，還需要著陸…所以標記球得多帶幾個，畢竟是一次性的…
除了這些外在的差異，最重大的內在差別，可能是隼鳥2號的自動和自主控制系統的升級。由於"隼鳥"家族的目的地距離地球都很遠，遠到光速也需要好幾分鐘，這樣的話地面的隔空喊話會有幾分鐘延遲，因此鞭長莫及的工作人員索性就把主動權交給探測器自己了。
當年的隼鳥號就是由於自身的控制系統不夠完善：姿態失控；第一次嘗試降落時，在不正確的高度釋放了著陸器，降落和自動採集樣本時的控制過程也出現了問題：第一次嘗試降落時，兩次接觸小行星地面的過程中，收集裝置都未能正常工作，實際收集到的塵埃只是降落時濺起的灰塵…以及失聯…才讓隼鳥號的探險之旅如此一波三折，驚心動魄。
這些問題都是隼鳥2號需要杜絕和防範的，控制好自己的飛行姿態，自主進行著陸、採集和起飛的操作，這些都是隼鳥2號需要苦練的基本功。
隼鳥2號出擊
2014年12月4日，帶著地球的期望，隼鳥2號踏上了預計六年的旅程。
攜帶隼鳥2號升空的H-IIA型火箭，種子島宇航中心
旅程伊始，隼鳥2號並沒有急急忙忙地飛向目標小行星，而是先仔細做了一遍身體檢查，確認自身狀態健康。檢查的重點，是負責探測器飛行功能的離子推進發動機和負責和地球通信的順風耳Ka波段高增益天線及收發信道。
歷經4個月的測試後，2015年3月5日，隼鳥2號體檢合格。正式開始了漫長的巡航之旅。
隼鳥2號的設計軌道
2015年12月，發射一週年之後，地球和隼鳥2號都圍繞太陽轉了一圈，在最初的起點再一次相會。
通過這次相會，隼鳥2號藉助地球的引力進行助推，這可以節省燃料。
此後隼鳥2號開始調整軌道，飛向小行星"龍宮"的軌道，開始了一場漫長的追逐賽。
2018年6月3日，隼鳥2號追上了小行星"龍宮"，此時兩者的距離僅有2600 km，相當於北京到昆明的路程。此時隼鳥2號不慌不忙地關閉了自己的離子推進發動機。這樣的做法是有道理的，離子推進發動機的推力比較小，這麼小的油門不適用於急剎車，於是隼鳥2號在到達終點前並沒有衝刺，而是選擇了關掉動力。
即使沒有動力，在巨大的慣性之下，隼鳥2號的速度也比飛機快得多，不過小行星"龍宮"也不落下風，因此隼鳥2號還需要一個月左右的時間來最終抵近"龍宮"。
6月17日，隼鳥2號離小行星"龍宮"只有300 km左右的距離了，這個距離只相當於上海到南京的路程。
6月22日，距離進一步縮短到了44 km，大約相當於北京地鐵6號線或上海地鐵9號線全程的長度了。
按計劃，在抵達小行星"龍宮"之後，地面的工作人員給隼鳥2號留了長達一年半的探訪時間，這麼長的時間應該是足夠隼鳥2號完成工作，甚至偶爾出點問題罷工也應該不影響進度了。
隼鳥2號預計將在撞擊器產生的撞擊坑內降落並採集樣本的假想圖，旁邊是一個標記球
大約在2019年底，隼鳥2號將完成全部的工作，啟程返回地球，返回地球的時間相對去程要快的多，只需要大約一年，預計2020年底，隼鳥2號將接近地球，並送上來自小行星"龍宮"的大禮包。
龍宮，龍宮，原來你是這樣的小行星！
隼鳥2號計劃探測的小行星"龍宮（Ryugu）"和隼鳥號探測的小行星"絲川（Itokawa）"有許多相似之處。
例如：
它們都是林肯近地小行星研究小組（LINEAR）發現的；
它們體積都很小（直徑不足1公里）；
它們都是近地小行星，更準確地說，都是近地小行星中的一支——阿波羅型（Apollo）小行星中的一顆。阿波羅型小行星軌道通常比較橢圓，既和小行星帶相交，又和地球軌道相交（因此阿波羅小行星也是一類對地球最有潛在威脅的小行星）。也正因為如此，部分阿波羅型小行星接近地球的時候距離非常近，這些使得阿波羅型小行星成為相對容易探測的一類小行星。
阿波羅型（Apollo）小行星的軌道
甚至也和小行星"絲川"一樣，小行星"龍宮"直到隼鳥2號發射都還沒有一個正式的名字，只有一個臨時編號1999 JU3。
"龍宮"這個名字來源於日本民間故事《浦島太郎》（うらしまたろう），故事裡浦島太郎被海龜帶往海底龍宮，在龍宮受到了公主乙姬的熱情款待，回到人間的時候帶回了一個寶盒——寓意小行星採樣返回任務隼鳥2號也能從小行星帶回珍貴的信息。
童書《浦島太郎》的封面
這個名字的另一個意義在於，"龍宮"是一顆C型小行星，或者說是碳質小行星，這類小行星上有大量碳酸鹽礦物——表明小行星上有著含量不低的水，也非常符合"海底龍宮"的意味。這點就和小行星"絲川"很不一樣了，後者是一顆S型小行星，或者說巖質小行星，這類小行星上有大量硅酸鹽礦物。
之所以選擇探測這顆小行星，也有這方面的原因。小行星不像行星和大型衛星一樣經歷過劇烈的地質和物理改造，可以認為還保留著原始太陽系的成分和信息；同時，C型小行星被認為是碳質球粒隕石母體，除了含有水之外還富含有機物，而地球早期的水和生命，可能就是富含水和有機物的小行星和彗星的撞擊帶來的——也就是說，探測這樣的小行星既這可以幫助人們瞭解太陽系早期的原始成分，說不定也可以幫助人們尋找到地球生命起源的線索。 早在隼鳥2號抵達小行星"龍宮"之前，地球上的科學家們就已經對這顆小行星進行了儘可能細緻的調查研究了。
例如，通過光變觀測，可以測量出"龍宮"的自轉週期約為7.6個小時。原理非常簡單：小天體（小行星和彗星）的形狀通常是非常不規則的，所以自轉過程中被光照到的表面積會不斷變化，表面積大的面比表面積小的面更亮，通過亮度的週期性變化可以計算小天體的自轉週期。
光變觀測顯示出的週期性變化可以推測小行星"龍宮"的自轉週期約為7.6個小時
同樣通過光變觀測，可以估計出"龍宮"的大致長寬比，也就是形狀，原理和測量週期是相似的。這個形狀估計當然是非常粗糙的，但至少我們已經可以知道"龍宮"基本是個土豆塊而不會是個細長條了。
光變觀測對小行星"龍宮"形狀的估計
BUT，只知道形狀（長寬比）是不夠的！就算都是球形，乒乓球和足球差別也很大啊！所以我們還需要知道絕對大小，就是至少一個方向上的長度。
這時候，相信有些小夥伴一定會心一笑了。什麼嘛，不是都有光變亮度數據了麼？直接就可以推算絕對大小啊。越亮的就越大嘛——表面積越大的，反射的陽光就越多，就越亮。
那就太天真了。
雖然我們知道"龍宮"距離太陽和地球的距離，也知道可見光亮度，但，我們並不知道"龍宮"自身的反照率，也就是它的表面反射光線的能力呀。
這時候，我們就需要藉助紅外觀測了。小行星被陽光照射之後發熱，發出的紅外光亮度也和小行星的大小直接相關。綜合紅外亮度和可見光亮度就可以推算小行星的大小和可見光的反照率。
諸多觀測紅外觀測顯示，小行星"龍宮"直徑約900米，反照率約0.05（也就是隻能反射5%的入射光，所以"龍宮"看起來是非常暗的）。
綜合了大小和形狀觀測之後，我們知道龍宮大約長這樣
那麼，現在探測器已經快飛到"龍宮"了，它實際長什麼樣呢？根據JAXA最新公佈的隼鳥2號在距離小行星"龍宮"40公里處拍攝的照片，"龍宮"的高清照長這樣，是不是還是挺像的？
隼鳥2號2018年6月24日拍攝的小行星"龍宮"
截止到6月26日晚8時，隼鳥2號距離"龍宮"只有22公里了！接下來，各種科學觀測將有條不紊地展開，之前的各種粗略估算結果也將被一一驗證。
隼鳥2號會發現一個怎樣的"龍宮"呢？
"龍宮"探寶的旅程會帶回來什麼呢？
我們拭目以待。
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