日本隼鳥小行星探測器

日本隼鳥小行星探測器

隼鳥號(日文:はやぶさ,開發名稱為第20號科學衛星MUSES-C)是日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的小行星探測計劃。

這項計劃的主要目的是將隼鳥號探測器送往小行星25143(又名“糸川”;Itokawa),採集小行星樣本並將採集到的樣本送回地球。

探測器簡介


隼鳥號原預計於2007年6月返回地球,但由於懷疑探測器的燃料泄漏,3年後於2010年6月13日日本時間22時51分返回地球,本體於大氣層燒毀,而內含樣本的隔熱膠囊與本體分離后在澳大利亞內陸著陸。隼鳥號在宇宙中旅行了七年,穿越了近六十億公里的路程。這是人類第一次對地球有威脅性的小行星,進行物質搜集的研究,也是第一個把小行星物質帶回地球的任務。隼鳥號是吉尼斯紀錄認定的“世界上首架從小行星上帶回物質的探測器”。
其他航天器,特別是由NASA發送的Galileo和NEAR Shoemaker曾經訪問過小行星,但是Hayabusa飛行任務是第一次將小行星樣本返回地球進行分析的嘗試。
此外,Hayabusa是第一個旨在故意降落在小行星上,然後再次起飛的飛船(NEAR Shoemaker在2000年對433 Eros的表面進行了控制下降,但它並不是作為著陸器設計的,並且最終在其後被停用到達)。技術上,Hayabusa不是為了“土地”;它只是用其樣品捕獲裝置接觸表面,然後離開。然而,它是從一開始就設計的第一個工藝與小行星的表面進行物理接觸。
儘管它的設計師打算暫時接觸,Hayabusa登陸並坐在小行星表面約30分鐘。

探測器歷程


2003年

5月9日13:29:25由M-V火箭成功發射至太空,同時正式取名為“隼鳥號”。
9月離子引擎A發生輸
日本隼鳥小行星探測器發射
日本隼鳥小行星探測器發射
出不穩定狀況,動力改由另外三架引擎聯合使用,同時運作時間超過1000小時。
10月末─11月初遭遇觀測史上最大太陽閃焰的衝擊,雖然發生了太陽電池輸出減弱以及內部內存單粒子翻轉錯誤(single event upset),所幸不影響任務進行。

2004年

5月19日以極為接近地球的準確軌道進行重力助推成功。
12月9日離子引擎運作時間超過20000小時。

2005年

7月29日第一次捕捉到小行星糸川的模樣。
7月31日X軸姿勢控制裝置故障無法使用,改由化學燃料輔助推進器與剩下兩個姿勢控制裝置聯合使用。
11月12日進行降下預演,同時釋放出刻有88萬人的名字的目標標定球和探測器MINERVA,但皆失敗而沒有到達糸川小行星上。
11月20日第一次降落,但因為偵測到障礙物而自動停止,之後以每秒10厘米的速度再降落。期間因失去通訊30分鐘,當時地面站無法確定是否降落在糸川小行星上。由於降落時著陸終止模式無法解除,採集樣本時用來撞起岩石碎片的子彈,因此無法發射。但樣品艙可能採集到著陸時,地面揚起的灰塵。
11月26日第二次降落,著地后1秒即離開,地面站顯示降落與但採集樣本的子彈發射,整個過程正常執行。燃料發生泄漏的現象,在關閉閥門后已停止。
12月9日通訊中斷。

2006年

1月23日接收到從隼鳥號傳來的無線電訊號。
1月26日確認情況:太陽能電池輸出過低、11個鋰蓄電池中有四個完全不能使用、燃料也幾乎流失。

2007年

1月17日進行樣品容器保存至樣品艙膠囊作業,隔日確認完成。
4月25日進行返回地球的航程。

2010年

6月13日19:54分離樣品艙
22:02進行最後的地球攝影
22:28通信中斷
22:30控制室所有指令輸入完畢
22:51重返大氣層,隼鳥號化為灰燼。
6月14日16:38樣品艙回收成功。
6月17日樣品艙運回日本相模原,進行開封檢查作業。
6月18日取出樣品艙內的容器,進行電腦斷層掃描(CT)。由於容器為密閉狀態,僅能確認沒有大於1mm的樣本存在(此時不確定內部是否有其他樣本)。
6月24日對樣本容器(A室)進行開封。
7月6日嘗試從樣本容器中取出微小樣本。
11月16日確認採取的樣本為非地球物質,並且發表小行星25143(糸川)形成的方式。
12月7日對樣本容器(B室)進行開封。
2011年1月17日發表日後對樣本分析的初步計劃。1月22日起在日本兵庫縣的“SPring-8”研究中心進行初步分析。

樣品研究


日本隼鳥小行星探測器
日本隼鳥小行星探測器
在從保護塑料袋中取出膠囊之前,使用X射線CT檢查膠囊以確定其狀況。然後從再進入膠囊中取出樣品罐。使用純氮氣和二氧化碳清潔罐的表面;然後將其放置在罐開啟裝置中。當清潔室中的環境氮氣的壓力變化時,通過罐的輕微變形來確定罐的內部壓力。然後調節氮氣壓力以匹配內部罐壓力,以防止罐打開時任何氣體從樣品中逸出。

小行星顆粒的確認

2010年11月16日,JAXA確認,在Hayabusa樣品回收膠囊內的兩個隔室之一中發現的大多數顆粒來自Itokawa。識別用掃描型電子顯微鏡分析約1500粒如岩石顆粒,根據本JAXA新聞稿。在進一步研究分析結果和礦物成分的比較后,他們中的大多數被判斷為外星來源,並且肯定來自小行星鳶尾。
根據日本科學家,Hayabusa的樣品的組成更像隕星比已知的岩石來自地球。它們的尺寸大多小於10微米。該材料匹配來自Hayabusa的遙感儀器的Itokawa的化學圖。研究人員發現了Hayabusa樣品中橄欖石輝石的濃度。
樣品的進一步研究必須等到2011年,因為研究人員仍在開發特殊的處理程序,以避免在下一階段的研究中污染顆粒。
2013年,JAXA宣布回收了1500顆外星顆粒,包括橄欖石,輝石,斜長石和硫化鐵礦物。顆粒的尺寸為約10微米。JAXA通過分割顆粒,並在檢查其晶體結構進行樣品的詳細分析。

結果

2011年8月26日,“科學”雜誌發表了六篇文章,基於Hayabusa收集的灰塵。科學家對來自Itokawa的塵埃的分析表明,它可能最初是一個更大的小行星的一部分。從小行星表面收集的灰塵據信已在那裡暴露了大約八百萬年。
來自Itokawa的粉塵被發現是“與構成隕石的材料相同”。Itokawa是一種S型小行星,其組成與LL型隕石的組成相同。
2011年3月10日,日本宇宙航空研究開發機構的研究小組在美國得克薩斯州的‘月球與行星科學大會’上,首次對外公布隼鳥號帶回的微粒的初步分析結果。研究人員發現微粒中存在橄欖石、斜長石等岩石的大型結晶;研究人員認為,這些岩石可能曾經歷高溫。同時,他們還發現,微粒與地球上發現的一種隕石特徵一致,而且微粒受熱后產生的氣體不具備地球物質特徵。此外,在對岩石的檢測中未檢出有機物、碳元素等與生命有關的物質。

後繼探測器


隼鳥2號

設計上是與隼鳥號規格幾乎相同的“准同型機”,根據資料,與隼鳥號的不同點在於:
1.天線將從隼鳥號使用的舊型天線更換成與破曉號相同的平面天線。
攜帶自我構造彈,在小行星表面進行第一次採樣后,釋放彈頭在小行星表面上製造坑洞,之後於坑洞內採集樣本。
2.導致隼鳥號一連串故障的反作用輪增加一個備用。
預定在2014年升空,前往C型小行星1999JU3,於2018年到達並採集樣本后,於2020年返航。

隼鳥MKII

與與歐洲空間局合作的計劃,比起隼鳥號更為大型,預定前往D型小行星。