日本隼鸟－2任务进展及后续飞行计划

王存恩（北京空间科技信息研究所）

2014年12月3日日本发射的隼鸟－2（Hayabusa－2）小行星探测器历经3年半的长途飞行，于2018年6月27日飞抵小行星龙宫（Ryugu），开始环绕小行星飞行，执行观测任务，取得了阶段性成果。对隼鸟－2探测器而言，2018年7月－2019年12月才是关键之关键时段。此间，需要完成多次降轨和升轨机动，对小行星龙宫进行遥感观测，对小行星表面及轰击出的深坑进行接触取样，投放小行星巡视器进行表面巡视观测，还要完成返回器携带样品返回地球等任务。

1 飞行任务的最新进展

隼鸟－2探测器是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）研制的小行星探测器（详见本刊2014年第11期），自2014年12月3日发射入轨后，历时90天，按设定程序分别完成了太阳电池翼展开、姿态和轨道调整等一系列操作，于2015年3月3日进入电推进和地球引力辅助阶段（EDVEGA）飞行过程；又历时275天，即2015年12月3日，经过地球引力借力后转向小行星巡航飞行阶段；在巡航阶段经过3次电推力器点火，于2018年6月27日抵达小行星龙宫。

从2018年初到6月27日，隼鸟－2探测器完成了如下主要操作：

1月10日，氙离子发动机开始巡航阶段的第3次（也是最后一次）点火工作，将隼鸟-2送往环绕小行星龙宫飞行之旅。

2月26日，通过遥测数据分析确认隼鸟－2探测器运行状态良好，探测器上的多光谱窄视场光学导航相机（ONC-T）等完成了小行星龙宫的拍摄，并将图像传回了地面。经图像处理和分析后确认小行星龙宫形状为直径约1000m酷似陀螺的C型小行星，还初步判明小行星龙宫土壤富含碳，是46亿年前太阳系形成过程所产生物质之残骸凝聚而成。

6月3日，在距离小行星龙宫3100km处，隼鸟－2探测器氙离子发动机关机。

6月7日，隼鸟－2探测器转入光学和无线电综合导航模式。期间，探测器的多光谱窄视场光学导航相机和中红外成像仪（TIR）等遥感载荷对小行星龙宫进行了观测和拍摄，通过图像进一步精确测定小行星龙宫的直径为900m。

6月27日，隼鸟－2探测器经过机动变轨，进入20km高的小行星龙宫环绕轨道。

隼鸟－2探测器（上）及其在2018年6月25日在距小行星龙宫40km处拍摄的图片（下）

2 探测任务时间表

正如隼鸟－2项目负责人吉田真博士所言，“隼鸟－2探测器进入环绕轨道拍摄小行星龙宫照片只是整个任务的一小部分，今后，即从2018年6月28日到2019年底的任务相当繁重、艰巨和复杂。”后续隼鸟－2探测器将转入正式观测、采样和巡视探测阶段，并将于2019年底携带采集到样品的返回器将与探测器本体分离并返回地球，预计于2020年底返回器重返大气，溅落在海上进行回收。

从2018年6月28日到2019年底，隼鸟－2探测器将要完成的主要操作如下：

2018年7月末，隼鸟－2探测器实施降轨，飞行高度降至5km，进入第1次中高度观测阶段，详细观测小行星的地形地貌。

2018年8月，隼鸟－2探测器再次实施降轨，飞行高度降至1km，除遥感观测外，还将对小行星龙宫非常弱的引力场进行测量。通过观测，于8月底确定后续下降着陆地点。

2018年9月－10月，隼鸟－2探测器执行第1次小行星着陆和接触采样。随后还将向小行星龙宫表面投放德国和法国联合研制的“吉祥物”（MACSOT）移动巡视器。

隼鸟－2探测器及其携带的“吉祥物”巡视器着陆小行星龙宫示意图

2018年11月－12月，隼鸟－2探测器无法与地球进行通信，地面操作队伍将利用此段空闲时间进行后续任务演练。

2019年1月，隼鸟－2探测器轨道重新提升至5km高度，转入第2次中高度观测阶段。

2019年2月，隼鸟－2探测器执行第2次小行星着陆和接触采样操作，还将选定小行星轰击观测的最佳地点。

2019年3月－4月，隼鸟－2探测器将向小行星龙宫表面投放轰击装置（SCI），能够在小行星龙宫表面炸出一个直径数米的深坑。

2019年4月－5月，隼鸟－2探测器执行第3次小行星着陆和接触采样操作。还将选定投放“智慧女神”（MINERVA）小型跳跃式巡视器的最佳地点。

2019年7月，隼鸟－2探测器向小行星龙宫表面投放3个“智慧女神”小型跳跃式巡视器。

2019年8月－11月，隼鸟－2探测器在小行星龙宫附近停留，继续执行观测任务。

2019年11月－12月，隼鸟－2探测器的小行星样品返回舱将与探测器分离，飞离绕小行星龙宫运行轨道，踏上返回地球之旅。

3 即将开展的主要科学任务

隼鸟－2探测器则是一个承担科学研究使命的探测器，其两大科学目标是采集小行星龙宫表面和深处样品，掌握C类小行星物质成分；通过观测和测量，了解C型小行星形成过程和内部结构。为此，隼鸟－2探测器后续将开展五方面的科学探测任务。

执行详细高精度观测任务

隼鸟－2探测器带有多种相机以及激光高度计，覆盖可见光、近红外和中红外等多个谱段。后续将正式进入对小行星龙宫的高精度详细观测阶段，对小行星龙宫的地形地貌进行摄影测量，对其表面土壤是否存在水和有机物进行探测，还将利用分离监测相机（DCAM）实时监视弹丸撞击小行星龙宫表面、轰击装置爆炸形成深坑以及巡视器着陆等过程。

执行多次小行星着陆和表面与炸坑内样品采集任务

隼鸟－2探测器将3次缓慢降落在小行星龙宫表面，通过下方管状采样器接触小行星表面，采集弹丸撞击产生的表面碎片样品。隼鸟－2探测器还新开发了圆筒形轰击装置。释放后该装置内部的烈性炸药爆炸后将纯铜金属药罩挤压形成一个2kg的高速破片弹丸，以2km/s速度轰击小行星龙宫表面，形成直径数米的深坑。为避免炸坑内物质受辐照污染，探测器需以最快速度着陆并利用采样器采集坑内样品，将炸坑内样品分装在与小行星表面样品不同的容器中。按照计划，隼鸟－2探测器将在小行星龙宫上采集至少100mg表面岩石样品和900mg炸坑内样品。

执行多个巡视器着陆和巡视任务

隼鸟－2探测器计划投放3种共4个巡视器，包括1个“吉祥物”巡视器、2个智慧女神－2－1A/1B巡视器和1个智慧女神－2－2巡视器。前者是由德法两国研制的；后三者是由日本厂家研制的。2种巡视器均靠直流无刷步进电机驱动，在小行星龙宫表面上跳跃式移动。

“吉祥物”巡视器为0.3m×0.3m×0.2m箱型结构，质量为10kg，搭载了磁强计、热辐射计、广角光学相机和红外光谱仪等4种主要观测仪器。在探测器距小行星龙宫100m高度投放。“吉祥物”巡视器采取硬着陆的方式降落在小行星表面，巡视器还可以利用内部摆臂产生反作用力矩实现跳跃行走，从而改变探测位置。在姿态稳定后，巡视器开始对小行星龙宫表面进行连续观测（夜间用携带的发光二极管照明），记录跳经的各观测点的矿物分布等信息，通过高速通信系统经隼鸟－2探测器后传送回地球。巡视器采用了新型锂电池，保障1个小行星（龙宫）日，即7.6h的探测时间。

隼鸟－2及其配置小型巡视器的位置

智慧女神－2－1和智慧女神－2－2巡视器也是跳跃行走式巡视器，质量分别为1.25kg和1.6kg，带有相机、光电二极管、温度传感器、加速度计和陀螺仪等设备，主要目的是验证跳跃行走技术，次要目的是探测小行星龙宫的地形地貌。上次“隼鸟”携带的智慧女神－1跳跃行走巡视器未能在小行星糸川（Itokawa）表面着陆的原因是人员设计错误，没有将约16s的遥操作延迟计算在内，使之未能成功着陆小行星表面。在隼鸟－2探测器任务中，研制人员已经修正了该错误。

小型巡视器的外观图

执行样品返回任务

“隼鸟”探测器几经周折，成功返回并将在小行星糸川表面采集的样品回收。隼鸟－2探测器在其基础上进一步细化了返回密封舱与探测器本体分离以及再入大气层各阶段的操作细节，还拟定了备用方案。隼鸟－2返回密封舱海上溅落地点与“隼鸟”相同，仍为澳大利亚海域。

4 后续任务展望

日本正在考虑返回密封舱分离后隼鸟－2探测器的扩展任务问题，日本宇宙科学研究所（ISAS）的科学家们希望它能够飞往日地拉格朗日点或接近其他小行星等，继续开展探测任务。

美国国家航空航天局（NASA）于2016年9月8日也发射了一颗探测C族小行星贝努（Bennu）的探测器“欧西里斯-雷克斯”（OSIRIS-Rex），按计划应于2018年12月初飞抵小行星贝努，在2020年下半年开始采样，2023年送回地面。日美已就2颗小行星探测，以及从2颗小行星上采集样品的研究与分析成果共享达成协议，或许有助于推动这项研究工作。