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隼鸟2号”样本回收行动:小行星上居然挖到了人造物?

小说:三体社区作者: 发布时间:2020-12-31 09:29
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01

 “隼鸟2号”探测器概况

A

目的

“隼鸟2号”探测器探查并取样的目的地,是比“隼鸟号”探测器探查的S型小行星“丝川”更为古老的C型小行星“龙宫”,旨在通过解读原始太阳系内矿物、水和有机物之间的相互作用而探究地球、海洋、生命的起源与进化的奥秘,同时使用“隼鸟号”在宇宙进行往返探查技术,以温故知新,而引领世界先进水平。

通过对富含水和有机物的C型小行星的探查,解读地球、海洋与生命原材料之间的相互作用与进化的奥秘,促进太阳系科学的发展。

挑战新技术:通过冲击装置在小行星表面产生人造撞击坑,并在其周围进行采样。使日本在这个领域进一步确立领先优势。

确立成熟的太阳系天体往返探测技术。

B

特色

世界首次从C型小行星取样并返回;

世界首次在与小行星会合期间向小行星发射金属弹并观测;

结合“隼鸟号”的探查成果,进一步探究太阳系内的物质分布以及起源与演化的过程;

在日本领先的原始天体探查领域,达成“C型小行星”成就;

NASA也在进行小行星取样返回任务OSIRIS-REx(2016年发射,2018年到达小行星,预计2023年返回地球。)通过样本交换与科学家交流,对两者进行比较与验证,有望取得进一步的成果。

效果图

“隼鸟2号”主要性能

重量:609kg

发射时间:2014年12月3日 

轨道:小行星转移轨道

到达时间:2018年6月27日

滞留小行星时间约17个月 

离开时间:2019年11月13日 

返回地球时间:2020年12月6日  

探查对象天体:行星“龙宫”

主要搭载仪器:采样机构、样本返回舱、光学照相机、激光测距仪、科学观测仪器(近红外,中红外)、冲击装置(金属成型弹)、小型小行星车

来源:池下章裕

图像来源:包括探测器的图像来自池下章裕,其他来自JAXA

02

项目现状及时间表

A

现状

样本采集作业中采样器A室、B室及C室已启封。

样本回收班已回国,目前正在隔离,进行远程办公。

探测器正常运作。地月观测基本完成。截至发稿距离地球已超过1000万公里。

已对附加任务目标天体(1998KY26)在三个位置进行观测。

B

时间表

图像来源:JAXA

03

样本采集作业

启封采样器A室(下图1)、B室、C室,将样本转移至回收容器(下图2)后,开始用显微镜进行观测。

图1,A室启封后的照片

图像来源:JAXA

图2,回收容器外观

图像来源:JAXA

 

A室及C室内都发现许多大小超过1mm的颗粒。C室内的颗粒尺寸明显大于A室内的颗粒。C室内发现与“隼鸟2号”使用的铝箔相似的银色物质。(人造物体???)

图像来源:JAXA

A室(回收容器内)的光学显微镜图像

图像来源:JAXA

C室(回收容器内)的光学显微镜图像

图像来源:JAXA

04

 样本回收班回国报告

A

光学观测队(GOS)

 

1)设备开发与国内训练

基于"隼鸟1号”的经验,并用跟踪相机与星图匹配相机,开发了能够进行高精度自动观测的可动光学轨道确定系统(下图上)。因为找不到合适的高速移动光源来模拟样本舱,未能进行充分练习,当时心里还是很忐忑的。

2)在伍默拉的准备工作

酷热的白天要忍受苍蝇的袭击,寒冷的黎明蛾子又来搞事。

居然还发现了巨型海蟑螂,吓死宝宝了!

这次虽说运用飞机进行观测,但最大的问题还是在于天气。现场排练的时候,连着好几天都看不见星星,直到最后关头才终于完成光学轨道确定系统和望远跟踪系统的准备。

图像来源:JAXA

 

3)样本舱返回日

样本回收的前两天,天上云很多风很大,给样本返回舱的观测带来了不小的悬念。好在返回舱进入大气层前30分钟,西北的天空一下子放晴,风也变小了,真是绝佳的观测条件。光学轨道确定系统完美运作,成功确定样本返回舱的轨道并预测出着陆地点。望远跟踪系统也成功捕捉到了返回舱,并在火球消失前开始跟踪。感谢当地DOD和NASA的工作人员给予的莫大帮助。

图像来源:JAXA

 

B

DFS定向队

图像来源:JAXA

 

1)概要

在150km×100km的预计着陆区四周配置5队定向队,利用三角测量法和风力数据,测算出样本返回舱着陆点。

2)准备

1、隔离生活与高温作业 

刚结束在日本和澳大利亚合计三周的隔离,立刻赶到气温47℃、湿度5%、风速10m/s的沙漠投入设备组装、调试工作。体力维持与健康状况管理。保持健康的心态与热情。在澳洲隔离期间,每天白天坚持做广播操,有的同事腰疼都治愈了。

2、刻苦训练以保证关键时刻顶得上

在日本进行了10次以上的训练:

在8月进行炎热气候的模拟训练;

在内之浦进行气球跟踪训练;

在DFS模拟器中想定各种状况进行针对性练习。

3、在伍默拉的活动

四散在100km见方的范围内的6个据点和国内据点的通信十分困难。一天超过500km的移动距离。DoD陪同人员的协助。(向导、发电机、水、车辆等)因货物延迟而重新制定时间表,有一队的天线被强风吹倒,经过一天的修理后恢复。

接收天线的倒塌与修复

天线支架被沙漠的强风整个掀翻,天线也压弯了。在R2分队现场人员和指挥部的协力下,次日即修复完毕。返回当天天线工作正常,实现了高精度跟踪。

图像来源:JAXA

 

C

MRS定向队

 

1)概要

使用船用雷达的搜索系统作为DFS的备份,不依赖信标也能进行搜索。以民企光电制作所为主体的队伍(JAXA3人,光电6人的混编小队)

船用雷达由光电制作所和JAXA共同开发

图像来源:JAXA

 

2)准备

历经多次试验与训练,准备工作万无一失。

【活动记录】

2018年:加入样本回收班 

2019年:2月在内之浦,12月在伍默拉进行跟踪实验、9-11月在日本训练 

2020年:7-11月在日本训练,12月进行回收任务

3)现场作业

在4个地点配备船用雷达。最高47℃的酷暑,装配器材的两天偏偏又是最热的。。。往返4小时,160km的越野通勤。

4)正式运用

各小组独自探测,探测结果汇总后上报指挥部(RHQ)。

5)搜索结果

3个小组跟踪成功,最长跟踪距离30km以上;探测点距离着陆点仅200m。

图像来源:JAXA

 

 

D

无人机队

无人机拍摄航空照片+高速图像辨识技术

-->辨识样本返回舱-->确定高精度位置+通过航空照片确定返回舱状况-->发现样本返回舱

图像来源:JAXA

•6:30分左右从指挥部获悉预计着陆地点

•7:20左右无人机升空搜寻隔热罩

•在2km见方的范围内拍摄约2500张航空照片

•8:50左右无人机着陆,开始照片解析 

•9点前辨识出返回舱,上报返回舱位置与状况

(此处时间为当地时间)

图像来源:JAXA

 

E

RHQ指挥部及直升机队

RHQ指挥部:从样本返回舱(SRC)重返大气层开始,直到回收样品送到位于相模原的实验室,负责所有计划的立案、实行及作业支援。直升机队:负责样本返回舱各部分(仪器舱I/M,降落伞,前后隔热罩H/S)的探索与运送。

搜索直升机:AW139,运输直升机:Bell412

图像来源:JAXA

 

1)正式回收前的准备

图像来源:JAXA

 

2)花絮

探索直升机的性能确定试验原计划同年9月在澳洲实施,但受疫情影响国际往来受到严格限制,便取消了在澳洲的事先验证,更改到回收行动1周前实施,仅凭1次的实验结果来应对正式行动。“隼鸟1号”的回收程序中,探索飞行任务与回收飞行任务完全分开执行,这次为了节约时间而将两个任务合二为一,同时执行。就结果而言,在短时间内成功回收样本返回舱,但从直升机续航时间来看此做法过于接近极限。

3)正式行动情况及结果

事先的直升机试验及彩排大有成效,实际行动中工作人员都能保持冷静的状态。

探索直升机起飞后约20分钟接收到仪器舱发出的信标信号。随后,虽然花费了一些时间,在06:00左右的日出时分,在目标上空目视确认了仪器舱。 

由此,运输直升机起飞,飞行至仪器舱上空后开始回收作业。

本次行动使用了DFS、MRS以及澳洲的雷达作为无线电定向的传感器源。虽然高空风力很强,但仍以很高的精度成功定位着陆点,可以说确立了无线电定向技术在定位领域的应用。

首次尝试用无人机进行光学搜索来寻找没有发信源的隔热罩。实际着陆点之间的误差不到50m,成功完成了技术验证。

返回舱重返大气层后仅11小时即完成所有部件的回收,并送至快速察看设施。(QuickLookFacility)

图像来源:JAXA

 

F

样本回收队

 

负责样本的回收与安全处理

图像来源:JAXA

 

样本返回舱火球照片信息,火球出现:1:28:48~1:29:22(北京时间))

于库伯佩地拍摄的照片

图片来源:JAXA

 

05

 参考资料

A

洁净室概要

CC3-1:在真空环境下启封样本容器

CC3-2:在真空环境下采取样本

CC3-3:样本从真空转移至惰性气体环境 

CC4-1:处理亚毫米尺寸的颗粒 

CC4-2:处理、观测、鉴别较大的颗粒(>1mm)

图像来源:JAXA

 

B

采样器启封作业

将采样器转移至洁净室CC3-2室内,在真空环境下启封采样器A室的封盖。

确认A室内有很多颗粒存在,应该是第一次着陆时采取的样本。

从A室中采取部分样本,继续保存在真空环境中

随后,将采样器移至CC3-3室内,在惰性气体环境中启封ABC三室。

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