旅行者1號飛出太陽系概念圖

在太空探索領(lǐng)域，蘇聯(lián)有過一段輝煌時期。在蘇聯(lián)解體之后，NASA基本上就是一家獨(dú)大，偶爾會帶著自己的小兄弟歐洲航天局玩一玩。不過，最近這20年來，亞洲的航天技術(shù)取得了長足的進(jìn)步。除了中國外，日本和印度的航天技術(shù)也進(jìn)步很大。尤其是日本，在最近的20年里，有過兩次驚人之舉，那就是發(fā)射著名的隼鳥號（Hayabusa）和隼鳥2號探測器。

隼鳥號宇宙探測器是由日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）專為近距離探測小行星設(shè)計制造的，它在宇宙中旅行了7年，飛行了大約60億千米。隼鳥號創(chuàng)下了許多個世界第一，比如，它是著陸最小天體的探測器，也是第一個把小行星物質(zhì)成功帶回地球的探測器。這兩項第一都被載入吉尼斯世界紀(jì)錄了。

隼鳥號的任務(wù)一波三折，充滿了戲劇性。如果我說這是人類太空探索史上最富戲劇性的故事之一，日本人大概會不同意，因為他們會強(qiáng)烈要求去掉“之一”。我有一個證據(jù)可以證明日本人對隼鳥號有多自豪。隼鳥號的故事被三家不同的電影公司拍成了三部不同的電影，而且這三家公司可都不是什么小公司。它們分別是美國著名的20世紀(jì)?？怂构镜娜毡竟?、著名的東京映畫株式會社和松竹公司。主演也都是當(dāng)時日本的一線明星。比如東京映畫拍的《隼鳥號——遙遠(yuǎn)的歸來》，請來的主演有渡邊謙、江口洋介、夏川結(jié)衣等很多明星；松竹公司拍的《歡迎回來隼鳥號》則請來了藤原龍也、三浦友和等人；20世紀(jì)?？怂构九牡摹饿励B號》，主演是竹內(nèi)結(jié)子和西田敏行等。這些都是日本非常著名的演員。除了電影，隼鳥號的故事還被演繹成各種藝術(shù)形式，這足以證明隼鳥號的故事多么富有戲劇性。

為了這篇文章，我特地找了其中一部電影，東京映畫拍的《隼鳥號——遙遠(yuǎn)的歸來》看了一遍。電影長達(dá)兩個多小時，拍得非常用心和精致，不管是道具、臺詞、演技、特效都很寫實，算得上是一部制作精良的嚴(yán)肅電影。

好，閑話少說，我開始講隼鳥號的故事。

為了出奇制勝，日本人在太空探索領(lǐng)域經(jīng)常會有驚人舉動，比如，在1998年就曾經(jīng)向火星發(fā)射希望號探測器。日本是繼美、蘇之后第三個實施火星探索的國家，只是希望號最后失敗了。而隼鳥號又是一次奇兵，假如成功，那絕對是令世人矚目的計劃。隼鳥號的目標(biāo)是要從小行星上取一些樣品返回地球。這是一個非常有野心的計劃。要知道，在隼鳥號返回之前，人類真正從宇宙帶回的樣品還是差不多30年前美國阿波羅號登月飛船帶回的月表物質(zhì)。想要帶一點(diǎn)地球以外的東西回來，挑戰(zhàn)極大。為了這個大膽的計劃，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)斥資兩億美元。對于太空探索來說，這個預(yù)算不算少，但也不算特別多。

對于科學(xué)家來說，探測小行星，尤其是從小行星上采集樣品意義重大。因為在太陽系中，八大行星和月球這樣的大天體，在漫長的歲月中已經(jīng)發(fā)生了變化，我們很難透過它們?nèi)チ私馓栂党跗诘膴W秘。而小行星恰恰相反，它們是太陽系的“活化石”，完整地保存著行星誕生時的記錄。組成行星和小行星的基礎(chǔ)材料是什么？行星誕生的時候，太陽系星云內(nèi)是什么情況？以上這些艱深的問題，人類都有可能從小行星身上找到答案。

隼鳥號探測器由通信、電源、推進(jìn)、取樣、數(shù)據(jù)處理、姿態(tài)控制等系統(tǒng)和儀器組成，總重僅500千克，還不如一輛小轎車重。隼鳥號探測器輕盈的秘訣在于A、B、C、D四個氙離子發(fā)動機(jī)。四個圓形的噴口在隼鳥號上排列成整齊的正方形，樣子很像一個浴霸，噴出藍(lán)色的等離子火焰。與傳統(tǒng)的化學(xué)發(fā)動機(jī)相比，這種新式離子發(fā)動機(jī)用氙氣作為燃料，要輕得多。四個離子發(fā)動機(jī)相當(dāng)于是四保險，之后你會看到，幸虧是四保險，連三保險都不行。

隼鳥號探測器

隼鳥號的揪心之旅是從2003年5月9日當(dāng)?shù)貢r間下午1點(diǎn)30分開始的，M-V火箭從日本鹿兒島航天中心發(fā)射升空，它的任務(wù)是前往距離地球3億千米的小行星——絲川（IPA），采集樣本并帶回地球。請你記住，這里所說的3億千米只不過是小行星到地球的平均距離，實際上最遠(yuǎn)和最近會相差很大。想象在太空中飛向一個目標(biāo)的情景時，你一定要拋掉我們生活在地球上的概念，太空中的天體與地球的相對距離都是在變化中的。

為了節(jié)省燃料，隼鳥號并不是直接飛向小行星，而是先進(jìn)入與地球差不多的繞日軌道。這是為了盡可能地利用大行星的引力彈弓效應(yīng)來給自己加速。而隼鳥號要利用的大行星不是別人，恰恰就是地球自己。

在發(fā)射后不久，就有一臺發(fā)動機(jī)出故障罷工了。不過，四臺中少了一臺，問題不大，這都是在工程師的風(fēng)險預(yù)計中的。

發(fā)射1年零10天后，隼鳥號再次接近地球，它要借助地球的引力彈弓效應(yīng)達(dá)到更高的速度。隼鳥號再次飛離地球時，速度達(dá)到了每秒34千米，這是子彈飛行速度的30多倍。以這樣的高速又飛行了將近4個月，隼鳥號抵達(dá)了距離小行星絲川附近僅有20千米的地方。絲川的第一張近照也由此誕生了。

絲川的外形像一顆土豆，又像是一顆從中間凹進(jìn)去的花生。它僅有540米長，如果你在上面跑步，那么不到2分鐘，你就可以從絲川的一頭跑到另一頭了。這張照片被登上了日本各大新聞的頭條，人們津津樂道地討論著圖片上的巖石地區(qū)與光滑地區(qū)的對比，期盼著隼鳥號著陸時刻的到來。

就在這個時候，壞消息傳來了。

原來，就在隼鳥號努力向絲川前進(jìn)時，控制方向的部件出現(xiàn)了問題。隼鳥號通過x軸、y軸、z軸三個反作用輪來控制姿態(tài)，就像一個凳子的三條腿一樣。可是，x軸和y軸反作用輪先后失靈。三個壞了兩個，真讓項目成員們冷汗直冒。后來，還是靠化學(xué)引擎臨時充當(dāng)“拐杖”，隼鳥號才終于成功穩(wěn)定姿態(tài)，得以繼續(xù)工作。

這個小小的插曲并未影響人們樂觀的心情。經(jīng)過三次降落演練之后，隼鳥號開始嘗試正式著陸。

控制室外，數(shù)十家媒體的記者們緊盯著直播錄像，不敢錯過任何風(fēng)吹草動。他們緊握麥克風(fēng)、高舉攝像機(jī)，期待第一時間向世界發(fā)布著陸成功的信息。

晚上9點(diǎn)，隼鳥號項目負(fù)責(zé)人、宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)教授川口純一郎發(fā)出了著陸命令。此時，隼鳥號正在絲川上空1000米處。隼鳥號漸漸下降，這是一個緩慢的過程。8小時后，隼鳥號以每秒6厘米的速度剎車，拋下一個印有88萬人名字的標(biāo)記球。標(biāo)記球穩(wěn)穩(wěn)地落在絲川表面，像一個沙袋，沒有彈起，沒有滾動。它閃起白光，像茫茫大海中的燈塔，指引著40米外的隼鳥號。

這時，隼鳥號的取樣器已經(jīng)蓄勢待發(fā)。它位于隼鳥號的最下方，是一個長長的圓柱體，樣子像收起的金屬漁網(wǎng)。按既定程序，取樣器一旦收到傳感器發(fā)出的著陸信號，就會釋放出一顆直徑10毫米、重5克的金屬炮彈。當(dāng)炮彈打到小行星表面時，會激起巖石碎屑，然后碎屑被瞬間收集到一個隔熱膠囊中。所以，隼鳥號的“著陸”時間其實僅有1秒鐘，它就像蜻蜓點(diǎn)水一樣，在確定取樣成功后，即升至高空。

現(xiàn)在，隼鳥號按預(yù)定計劃直奔標(biāo)記球而去。

看到這里，我要提醒你一個重要的概念。你在腦中還原任何太空探索的圖景時，都不能忘記光速極限(7)。這對于我們正確理解太空探索過程中發(fā)生的一切現(xiàn)象至關(guān)重要。比如說，在聽我講到隼鳥號即將著陸、所有人都屏息凝神的時候，你千萬不要忘了：實際上，地球上的人并不能實時知道隼鳥號的情況。隼鳥號的一切行為對于地球來說都是過去式，地球人無法實時干預(yù)隼鳥號的任何行動。

地球與隼鳥號的單程通信延時是16分鐘。也就是說，地球發(fā)一個指令給隼鳥號，要等半個多小時地球人才能知道這個指令是否被成功接收了。因此，對于著陸這樣的行為，只能靠隼鳥號自動駕駛，人類完全幫不上它。川口教授和他的同事們唯一能做的事情，只能是緊盯著射電望遠(yuǎn)鏡接收到的一串串?dāng)?shù)據(jù)。

時間慢慢過去了，電腦畫面漸漸揪起了所有人的心。在不知道發(fā)生了什么的情況下，詭異的30分鐘過去了。依據(jù)數(shù)據(jù)，隼鳥號似乎在10米左右的高度飄移，并沒有著陸。

此時絲川的表面溫度超過100 ，如果保持這種高度，隼鳥號上的設(shè)備很有可能會受損。于是，川口教授不得不發(fā)出指令，讓隼鳥號上升。等數(shù)據(jù)恢復(fù)正常后，隼鳥號已經(jīng)進(jìn)入了安全模式，上升到距絲川60—79千米的高度上。

這30分鐘到底發(fā)生了什么呢？之后的重播數(shù)據(jù)揭開了真相。原來，當(dāng)時隼鳥號正歪斜著身子狼狽地摔向絲川，在兩次輕微反彈之后，采樣器的喇叭和一塊太陽能電池的前端一起觸地。它以這樣的姿態(tài)，在絲川上整整停留了30分鐘。由于隼鳥號當(dāng)時以安全模式著陸，所以并沒有發(fā)射子彈，但在兩次反彈的時候，可能采到了地表被震起的小巖石和沙礫。當(dāng)然，這僅僅是一種微小的可能。

就這樣，隼鳥號的第一次著陸失敗了。

為了趕上回程軌道，隼鳥號必須在12月之前啟程離開。它只能選擇在2005年11月底或12月初再次著陸。留給隼鳥號的時間不多了。

短短4天后的11月25日，隼鳥號開始了第二次著陸。項目成員抱著必須完成任務(wù)的決心，緊張而有序地發(fā)布指令。

11月25日晚10時左右，隼鳥號開始從距離絲川1000米處下降。8小時后，也就是26日早晨6點(diǎn)左右，隼鳥號在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的引導(dǎo)下，進(jìn)入垂直下降階段，向著標(biāo)記球前進(jìn)。

現(xiàn)在一切就要看隼鳥號自己了，項目成員們的注意力都集中在顯示器上。如果任務(wù)成功，顯示器將顯示三個英文字母——WCT；如果任務(wù)失敗，顯示器將顯示另三個英文字母——TMT。所有人都屏息無聲地盯著顯示器。上午7點(diǎn)35分，顯示屏的右下角清晰地顯示出“WCT”的綠色字母！著陸成功了！

控制室里立刻響起了熱烈的掌聲，人們激動地握手、擁抱，壓在所有人心頭的大石頭終于放下了。就在項目組成員與媒體歡呼慶祝時，誰也想不到，剛剛打完勝仗的隼鳥號將迎來它本次征程中最絕望的一刻。

問題還是出在了隼鳥號的設(shè)備上。就在著陸成功僅3個小時后，化學(xué)推進(jìn)器出現(xiàn)故障。事實上，故障的跡象在隼鳥號下降階段就已經(jīng)出現(xiàn)了。

燃料泄漏讓化學(xué)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速迅速下降。長期以來，化學(xué)推進(jìn)器就像拐杖一樣，與僅剩的一條“好腿”——z軸反作用輪一起，支撐著隼鳥號殘缺的身體。現(xiàn)在，這根拐杖也壞了，隼鳥號的姿態(tài)將完全無法控制?，F(xiàn)在，隼鳥號就像喝多了酒的醉漢，東倒西歪，不規(guī)則地旋轉(zhuǎn)，太陽能電池板無法對準(zhǔn)太陽，高增益天線也無法對準(zhǔn)地球。

在勉強(qiáng)支撐了幾天之后，從12月9日開始，隼鳥號與地球失去了聯(lián)系。無論地球怎樣“呼喊”，也無法收到隼鳥號的回應(yīng)。真是上一秒天堂，下一秒地獄。項目負(fù)責(zé)人川口和同事們的心情跌入谷底：在宇宙中尋找失聯(lián)的航天器，就像在沙漠中尋找一粒沙子。五六年前的希望號火星探測器也是在即將抵達(dá)火星的前一刻與地球失聯(lián)，此后就再也沒有聯(lián)系上，難道希望號的悲劇又要再次上演嗎？

這時候，唯一能夠幫助日本人的只有概率，你叫它運(yùn)氣也行。其中的道理是這樣的：隼鳥號在經(jīng)歷一段時間無規(guī)則的亂擺后，最終會穩(wěn)定下來，繞著自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。但是，穩(wěn)定下來的隼鳥號大概率上是“休眠加失聯(lián)”的狀態(tài)，因為它的太陽能電池板沒有對準(zhǔn)太陽，天線也沒有對準(zhǔn)地球。不過，千萬別忘了，這時候的隼鳥號是繞著太陽公轉(zhuǎn)的一顆衛(wèi)星，而地球也在繞日轉(zhuǎn)，隼鳥號與地球和太陽的相對位置是在不停地變動的。因此存在一個概率，在某個時間點(diǎn)上，太陽能電池板和天線的朝向恰好對準(zhǔn)了太陽和地球，在這個短短的時間窗口期，如果日本人能重新與隼鳥號建立通信聯(lián)系，就能重新拿回隼鳥號的控制權(quán)。

經(jīng)過一系列計算，科學(xué)家們排列出各種可能性，得到了一張隼鳥號能夠找回來的概率表。結(jié)論還比較樂觀，在2006年年底前，成功找回隼鳥號的概率將超過60%。

一張小小的概率計算圖表就是他們的全部籌碼。于是，日本人拿著這張概率表開始了漫長的等待?？刂浦行奈ㄒ荒茏龅木褪遣粩嗟叵蝣励B號發(fā)送信號，呼叫隼鳥號，24小時緊盯它的回應(yīng)。應(yīng)該說，他們的運(yùn)氣真的很好，僅僅過去了45天，在2006年1月23日隼鳥號回話了！

對于隼鳥號團(tuán)隊來說，這恐怕是他們一生中最漫長的45天，隼鳥號真的是一只“不死鳥”！

不過，此時的隼鳥號已經(jīng)是傷痕累累，情況很不樂觀。在隼鳥號的11塊鋰離子電池中，有4塊電池?zé)o法工作；3個反作用輪壞了2個；化學(xué)推進(jìn)器的燃料完全流失；由于燃料泄漏，整個航天器都處在燃料氣體爆炸的危險之中。

隼鳥號探測器的密封艙正在下降

拖著這樣一個殘破的身體，隼鳥號踏上了回家的路。

2007年4月25日，離子發(fā)動機(jī)重新啟動，隼鳥號以“2010年回歸地球”為目標(biāo)，開始了返航之旅。(14)兩年過去，返程之路基本順利。而就在2009年11月4日，回家倒計時僅4個月時，隼鳥號迎來了九九八十一難中的最后一難。這“最后一難”比以往都更加致命，而逃過這一難的情節(jié)也最富有戲劇性。我看的那個版本的電影，編劇在這個情節(jié)上花了好大的力氣。

新問題出現(xiàn)在支撐隼鳥號回家的核心——離子發(fā)動機(jī)。在堅持了6年多之后，四臺離子發(fā)動機(jī)已經(jīng)瀕臨報廢。然而，至少需要兩臺發(fā)動機(jī)提供動力，隼鳥號才能順利回家。我們來看一下當(dāng)時離子發(fā)動機(jī)的狀態(tài)報告：

發(fā)動機(jī)A：在發(fā)射后不久就因為不穩(wěn)定而暫停運(yùn)行。

發(fā)動機(jī)B：由于中和器電壓下降而暫停工作。

發(fā)動機(jī)C和D：由于退化，它們都顯示出偏高的中和電壓。

原本發(fā)動機(jī)C和D還能勉強(qiáng)支撐運(yùn)行，但隨著發(fā)動機(jī)D的自動停止工作，這個平衡被打破了。沒有動力，隼鳥號將在宇宙中自由飄蕩，最終淪為太空垃圾，整個小行星取樣計劃將宣告失敗。

隼鳥號團(tuán)隊開始了挽救離子發(fā)動機(jī)的頭腦風(fēng)暴。離子發(fā)動機(jī)分別由兩部分組成：離子助推器和中和器。換句話說，四臺離子發(fā)動機(jī)就有四個助推器和四個中和器。在當(dāng)初設(shè)計的時候，這八個部件是相對獨(dú)立運(yùn)作的，也就是說，可以通過編程來改變它們之間的聯(lián)結(jié)方式?，F(xiàn)在工作的四臺發(fā)動機(jī)，有的是離子助推器破損，有的是中和器失效，如果重新排列組合，把完好的部分拼在一起，就有可能組合成兩臺可用的發(fā)動機(jī)。理論上說起來簡單，但實際操作過程中還是有很多的困難要克服。最終，他們將發(fā)動機(jī)A的中和器和發(fā)動機(jī)B的離子助推器結(jié)合，產(chǎn)生了足夠的推力，再加上發(fā)動機(jī)C，終于又有了兩臺可工作的離子發(fā)動機(jī)。

2010年6月5日，隼鳥號完成回歸地球前的最后一次軌道修正。

6月13日，隼鳥號探測器主體與隔熱膠囊分離，21點(diǎn)50分，隼鳥號以每秒12千米的速度進(jìn)入距地面200千米的大氣層，在夜空中燃出一道焰火般的美麗弧線。不久，探測器主體在空中燃燒殆盡，只剩下一個小小的隔熱膠囊持續(xù)下降，在高度約10千米的地方，降落傘成功打開。隔熱膠囊最終降落在澳大利亞南部伍默拉附近的沙漠地帶。

6月14日下午，項目組成員在沙漠中找到隼鳥號的隔熱膠囊。在這個直徑30厘米、僅重6公斤的金屬物中，珍藏著隼鳥號竭盡全力護(hù)送歸來的小行星禮物。項目組成員、各大媒體、市民都圍在日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)門口，用鮮花和掌聲迎接隼鳥號的歸來——?dú)v時7年，這只傳奇的“不死鳥”終于傳奇般地回家了！

歸來的隼鳥號成為英雄——“不死鳥”的故事不但被拍成了三部電影，它的身影還出現(xiàn)在音樂、視頻、動漫、游戲作品中，樂高公司也制作了隼鳥號的模型玩具。

在隼鳥號樣品回收箱的兩個隔層中，共發(fā)現(xiàn)了約1500粒來自小行星絲川的巖石顆粒。

2011年3月10日，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的研究小組在美國得克薩斯州的月球與行星科學(xué)大會（ISLPS）上，首次對外公布隼鳥號帶回的微粒的初步分析結(jié)果。研究人員發(fā)現(xiàn)微粒中存在橄欖石、斜長石等巖石的大型結(jié)晶。研究人員認(rèn)為，這些巖石可能曾經(jīng)歷高溫。同時，他們還發(fā)現(xiàn)，微粒與地球上發(fā)現(xiàn)的一種隕石特征一致，而且微粒受熱后產(chǎn)生的氣體不具備地球物質(zhì)特征。此外，在對巖石的檢測中未檢出有機(jī)物、碳元素等與生命有關(guān)的物質(zhì)。