如何亲吻一颗小行星

haibaraemily

这张最高分辨率的小行星贝努表面的全球地图，由2155张冥王号在2019年3月7日至4月19日之间拍摄的图像拼贴而成，图像涵盖贝努小行星表面3～5千米范围内的区域

“冥王”已经觊觎“不死鸟”很久了。现在，它终于抓住机会亲吻了它。这是不久前发生在距离地球大约3亿千米外的太空中的真实一幕。与神话故事不同的是，这位“冥王”是一枚探测器，而“不死鸟”是一颗小行星。

冥王探测器近年来一直在围绕小行星贝努（ Bennu，古埃及神话中不死鸟的名字）飞行，打量着它，计划着该从哪里着手。而它亲吻贝努小行星的真实目的，是想带走一份贝努的表层土样本回去研究，看它为什么“不死”。而这颗直径不到500米的小行星，在被冥王号探测器仔仔细细地环绕探测了近两年后，也终于迎未了和冥王号的第一次亲密接触。为了这一天，冥王号已经演习了两次。

采样前的功课

贝努是一颗近地小行星，这意味着它有机会非常靠近地球。但它毕竟个头太小了，在地基望远镜中仅仅是一个小亮点，看不到任何细节。想要探索太阳系里的这些小家伙，最大的难题之一就是在探测器抵达之前，人们对这些目标几乎一无所知。因此，一飞到地方就开始采样显然太鲁莽和危险了，这个精细活儿可一点儿都急不得。

行星科学家和工程师会在探测器出发前，设计出周密的探测计划，让探测器先花上数月甚至一两年时间做功课，充分了解这个探测目标，然后才最终确定采样位置、采样方式等细节。冥王号对小行星贝努也是如此。

此前，来自日本的隼鸟2号在进行与龙宫小行星的亲密接触时，选择的近距离探测方案是伴飞探测。也就是说，总体保持在距龙宫小行星约20千米的轨道上，和龙宫一起绕日飞行，但又相互独立。隼鸟2号只在需要近距离探测或采样时，才进一步下降飞近，完成探测或采样任务后再返回原本的高度。

而冥王号选择的方案是绕飞，也就是直接环绕小行星飞行，同时完成各种探测。冥王号的绕飞高度距贝努仅有1.6-2.1千米，这也是人类探测器首次成功环绕个头和引力如此小的天体长期飞行。

在此后的近两年时间里，冥王号一点一点调整轨道，在各种高度上地毯式扫射贝努表面的每一寸土地。对一部分需要重点考察的区域（例如备选采样区），冥王号的飞掠高度甚至可以低至250米。通过这些近距离考察，贝努这个人类望远镜里的小亮点，已经一跃成为太阳系中人类最了解的小行星之一了。

由冥王号所携相机拍摄的2155张照片拼出的小行星贝努的超高清全球影像图，分辨率高达5厘米/像素，是人类迄今获取的最高清的外星球全球影像图。冥王号也携带了激光测高计，用2000万个激光测距点数据，建立了贝努全球的高分辨率三维地形模型。冥王号的可见光与近红外光谱仪发现，贝努表面广泛分布着水合矿物和含碳物质（即有机物和碳酸盐矿物），这意味着，冥王号采回的样品或许带来揭示地球上水和有机物起源的线索。这些探测结果都为冥王号后续的着陆选址工作提供了有力的工程数据支持和科学评估依据。

巨石环伺的采样区

冥王号项目组没有想到，选择采样区会是一件如此棘手的事情。

或许项目组原本以为，探测器到达后只要探测得足够细致，选择采样区算不上什么太难的事，顶多就是有科学价值的地方太多了，导致选择困难罢了。直到冥王号探测器真的近距离看到了小行星贝努，项目组的科学家和工程师才惊讶地发现，之前通过地基望远镜观测和推算得出的结论，着实有点太乐观了。

这颗小行星表面崎岖多石。残酷的现实为项目组寻找合适的采样点带来了更多困难，也为冥王号的接触采样增添了更多危险和不确定性。经过反复考察和挑选，冥王号项目组还是尽可能从贝努表面选出了4个还算安全、也具备较高

冥王号携带的相机于2019年3月7日在距离贝努5千米高度拍摄到的小行星表面，崎岖多石，图中间偏下的浅色石块约7.4米宽科学价值的备选区。最终，4个备选区里最北端的夜莺当选冥王号的首次采样区。

但即使是精挑细选的采样区，也依然免不了困难重重。冥王号设计的时候，项目组原本希望平坦的采样区至少有直径50米那么大，那样即使探测器落得不那么精准，也能有点容错量。然而现实是，即使是目前最合适的夜莺采样区，也不过是巨石环伺之中一片狭小的平坦区而已，实际允许冥王号安全采样的接触区直径仅有6米。如果不能准确落入这个区域，那冥王号很可能还没采集到样品，就在降落过程中撞上大石块，提前结束自己的探测生涯了。为了尽量减少和大

原本计划的采样区大小（橙圈，直径50米）和实际允许的安全采样区大小（蓝圈，直径6米）.对比小汽车的大小石块的接触，冥王号甚至要在下降过程中把两枚太阳能板收拢成Y形。但这还远远不够。

全新的降落导航技术

起初，冥王号任务打算使用激光测距作为着陆采样阶段的主要导航定位手段。但为了落得更准，NASA最终放弃了激光测距，改用了另一套基于光学影像的备用导航定位方案——自然特征跟踪（Natural Feature Tracking，简写为NFT）技术。

冥王号在降落过程中不断实时拍摄采样区附近的照片，用这些照片和已有的三维地形和影像数据库比对，匹配采样区一带的特征石块作为地标，就可以更新自己的实时位置、速度和计划采样位置，如果检测到拍摄的影像里有危险障碍物，还可以自主撤离。NFT技术的可靠性在冥王号探测器之前的两次降落采样演习中得到了验证，而在实际降落采样过程中，冥王号也依靠这种技术实现了精准降落。

碰一下就走，也要带走一点样品

面对直径不到500米、重力极其微小的小行星貝努，冥王号采用了“接触即离”式采样（Touch-And-Go，简写为TAG），也就是碰一下就走。这和日本的隼鸟2号探测器在小行星龙宫上的采样策略几乎一样。冥王号的整个接触采样过程耗时约4.5小时，共需完成3次点火操作，才能从原本的绕飞轨道下降到贝努表面