外星“挖土”哪家强
2024-07-15 00:00:00天星
科学24小时 2024年7期
太空探测器的采样与返回系统，一般由着陆器、采样器和返回器构成。其中采样器一般由一个采样头和机械臂组成，采样头的前部安装一个表面接触垫。采样器的采样总量最少为100克。表面接触垫负责收集细颗粒样本材料。
太空采样的方式通常可分为飞掠式、撞击式、炮弹式、吹吸式、钻探式、挖掘式和爆炸式等。我国“嫦娥五号”着陆器采用钻探式的采样方式。日本“隼鸟1号”和“隼鸟2号”小行星探测器采用炮弹式的采样方式，通过发射弹珠激起尘土来收集样本。美国“奥西里斯·雷克斯”小行星采样探测器采用吹吸式的采样方式，喷射氮气，收集样本。我国“天问二号”行星际探测器的采样器，将采用爆炸式的采样方式，在发射锚钩固定住自身的同时，投掷炸药包，炸出最多的尘土和岩石用以采样。
这些采样器与返回器的太空采样技术，可用于月球、火星、“火卫一”和“火卫二”，以及其他小行星、彗星等天体。太空采样技术对太空探索而言非常重要，其意义重大且影响深远。
太空采样技术
飞掠式采样 指太空探测器采用在距离天体最近处飞掠星尘的方式采集样本。
2001年11月30日，太阳风暴劲吹。美国“创世纪号”太阳风探测器开始了第一次采样。采样器开始旋转，4块采集片逐一平摊开来，暴露在猛烈的太阳风暴里。太阳的各种粒子像尘埃一样，纷纷落在由硅、铝、金、铂、锗、钻石和蓝宝石制成的采集片上。
“帕克号”是世界上第一个进入太阳日冕并“亲吻”太阳的太空探测器。2024年12月24日，美国“帕克号”太阳探测器将首次在近日点600万千米处飞掠太阳日冕，采集样本。该项任务旨在帮助我们更深入地了解太阳。“帕克号”太阳探测器将在旅途中收集测量数据和图像，帮助科学家更多地了解太阳风来自何处以及如何演变，还将为预测影响地球生命和技术的太空环境变化作出关键贡献。
撞击式采样 指太空探测器或撞击器撞击天体，溅起星尘，从而采集样本。
2005年7月4日，美国“深度撞击号”彗星探测器飞临“坦普尔一号”彗星，发射撞击器——“铜头飞弹”撞击彗星。撞击产生相当于4.5吨TNT炸药造成的巨大爆炸，在彗星表面撞击出一个足球场大小、几十米深的大坑。科学家希望从大坑中溅出的水冰、尘埃和气体中，发现太阳系生命起源的线索，并了解彗星的内部结构。通过分析“深度撞击号”采集的样本，科学家验证了美国科学家惠普耳提出的“脏雪球”理论，即彗核是由水冰和尘埃冻结在一起的“脏雪球”。
炮弹式采样 指采样器发射金属“炮弹”，通过撞击小行星，产生岩石碎片或尘土，收集样本。
日本“隼鸟1号”小行星探测器的科学任务是两次登陆“糸川”小行星。“糸川”小行星保持着46亿年前太阳系诞生时的状态，分析它的物质构成有可能帮助科学家弄清太阳系的起源。
2005年11月20日，“隼鸟1号”小行星探测器在第一次下降的过程中，施放“智慧女神”机器人，采集小行星的数据。在第二次下降的过程中，“隼鸟1号”先投放目标识别器。根据目标识别器的方位，它的类似火箭筒一样的采样器，精确贴近到小行星的“脑门”，发射了一枚“太空炮弹”。
这枚“太空炮弹”实则是直径约1厘米、质量为10克的小金属球，发射速度高达300米/秒。别看这枚“炮弹”很小，却是人类太空探测史上的首枚“太空炮弹”。这枚“炮弹”撞击小行星，产生足够的岩石碎片或尘土。之后，采样器搜集岩石碎片和尘土，由返回舱携带返回地球。
吹吸式采样 指太空探测器利用喷气的方式，激起星尘飞扬，之后再用吸气的方式，搜集样本。
2020年10月20日，美国“奥西里斯·雷克斯”小行星采样探测器与“本努”小行星进行了一次近距离接触。“奥西里斯·雷克斯”并未着陆“本努”小行星，而是以机械臂吹气和吸气的方式收集样本。它收集样本的方法是：先吹一口氮气，将小行星上的浮土吹掉，然后吸一口气，将岩土吸入机械臂的“口”中。
2023年9月24日，“奥西里斯·雷克斯”小行星采样探测器经过7年多的努力，穿越19亿千米的太空，终于抵达了地球轨道。当它从地球近旁飞过时，将样本太空舱弹出，送回地球。太空舱通过降落伞的方式，安全降落在美国国防部犹他州测试与训练靶场，并运送到美国约翰逊太空中心。
钻探式采样 指着陆器、太空车和采样器利用钻探机获取样本的方式。
2020年12月2日，我国“嫦娥五号”着陆器在月球上软着陆。它的机械臂造型非常独特，一头是一个小钻机，另一头是一个小铲子，可以实现360°无死角的可视化操作，能轻松完成钻探、铲挖、收取等动作。小钻机可以钻探到月表以下2米左右的位置，将月壤整体取出来，而小铲子则被用来收集月球样本。“嫦娥五号”着陆器的机械臂共计挖掘了1.731千克的月壤样本。
“嫦娥五号”着陆器的机械臂、上升器和返回舱，联合完成了月球钻探、采样、封装，并将月球样本送回地球的全过程。这是我国第一次执行太空采样返回任务，堪称完美。
挖掘式采样 指着陆器、太空车和采样器利用挖掘机获取样本的方式。
2008年5月25日，美国“凤凰号”火星着陆器轻轻摇摆几下，慢悠悠地在火星的瓦斯缇塔斯女神地区的“绿谷”着陆。“凤凰号”火星着陆器的机械臂长达2.35米，由铝和钛两种材质制成。它工作时好似一台挖掘机，可以垂直向下深挖到火星地表下0.5米处，并将样本递送到两台分析仪器中。
“凤凰号”火星着陆器搭载的照相机安装在机械臂末端的挖掘铲上，它能够观测到人类头发丝千分之一的宽度，可以用来拍摄火星土壤，以及土壤中水冰的特写镜头。它携带的热量与释出气体分析仪，可将火星土壤放在一个微型烤箱中加热，随着温度上升，分析仪测量火星土壤中水蒸气、二氧化碳及挥发性有机物的变化。
爆炸式采样 指着陆器、太空车、采样器投掷或埋设炸药包，利用爆炸的力量获取样本的方式。
2016年，哈雷阿卡拉天文台的天文望远镜发现了一颗神秘的小行星，编号为2016HO3号。这颗小行星的直径不到100米，距离地球最近时仅1240万千米。对此，科学家们怀疑，它是40多亿年前地球与月球撞击后的月球残片。这颗小行星将是我国“天问二号”行星际探测器的主要探测目标。
2025年左右，我国将发射“天问二号”行星际探测器，用以探索小行星和彗星。“天问二号”行星际探测器由探测器和返回舱两部分组成。它将在2016HO3号小行星表面着陆和采样。
“天问二号”采样器将采用爆炸式采样，先发射锚钩，固定住自身，然后投掷炸药包，炸出最多的尘土和岩石，同时采样。返回舱将携带采集的样本返回地球。“天问二号”行星际探测器还将继续飞行，访问311P号彗星并进行探测。此外，“天问三号”行星际探测器将在2030年之前发射，完成火星采样和返回任务。
