日本隼鸟2号带100毫克小行星土返回地球，同样采土不同这么年夜？ -

作者：佰思科学 ｜沈东旭 邱亚

2020年12月6日当地凌晨时间，一道弧形闪光划过澳大利亚南部夜空，在星辰的衬托下显得相当的美丽。这是日本的隼鸟二号执行完小行星采样任务，回收舱返回地球的场面。

落地之后，隼鸟二号的回收舱很快被找到。回收舱中有历时六年采样得到的，十分珍贵的，大约100毫克小行星土。

落到的隼鸟二号返回舱

我们都知道，嫦娥五号刚刚从月球获取了2公斤月壤，正在回家的路上。相比之下，日本人精益求精的工匠精神在太空取土这件事上又得到了充分的体现：100毫克啊，比中国少了足足两万倍！请问还能再少一点吗？

隼鸟一号

为什么不能呢？世界上的事没有最少，只有更少。比隼鸟二号取样还少的，就是日本的隼鸟一号。当然话又说回来，迄今为止，小行星采样并成功返回地球这种事，人类一共做过两次，都是日本人干的，因此所有世界纪录都是日本的。

丝川小行星（25143 Itokawa）

2003年发射的隼鸟号，采样目的地是一颗叫丝川的小行星。严格来说，隼鸟并不会降落在丝川小行星上，而是接近它的表面，将弹丸射向丝川，再通过一个伸出来的喇叭口吸收溅起的尘土。

隼鸟一号在丝川小行星上取样

隼鸟号于2010年10年返回地球，总计带回了1500粒“疑似”小行星灰尘颗粒，其中没有任何一个颗粒直径大于1毫米。

隼鸟号取样舱带回地球的小行星灰尘，摄于2010年6月28日

为什么取土变成取灰了呢？隼鸟号自从2003年5月9日发射升空之后，一路上问题不断，但还是跌跌撞撞地与丝川小行星会和。等到2005年11月20日和26日两次尝试着陆时，各种问题频发，实际上两次着陆都失败。但样品舱可能被助推器喷射而扬起的灰尘沾染，于是这些灰尘就被带回了地球。说白了，隼鸟一号的任务，从本质上来说，是失败了。

日本人用电子显微镜拍摄的写真，红色箭头指向小行星灰尘

尽管如此，这是人类第一次从小行星上“取样”返回，多少还是有纪念意义的。对此壮举日本举国极其振奋，光电影就拍了好几部，其中2012年的《隼鸟：遥远的回归》由著名演员渡边谦主演。

渡边谦主演的《隼鸟：遥远的回归》

日本受到这次成功的鼓舞，决定再搞一次小行星取样。于是，2014年12月3日，隼鸟二号又上路了。

隼鸟二号在太空中使用离子推进器的艺术效果图（四个推进器中使用了三个，没亮的那个是备用推进器）

这次隼鸟二号的目的地，是一颗叫龙宫的小行星。龙宫小行星直径只有1千米，属于C类小行星，即含碳为主，也是最常见的小行星类型。龙宫小行星是所谓的近地小行星，就是说它的轨道会穿越地球轨道，因此有与地球相撞的可能性。由于实在太小，它的逃逸速度只有区区的1m/s。假如人在上面行走的话，步子稍微迈得快一点，都能把自己发射进太空。

龙宫小行星（162173 Ryugu）（GIF）

2018年，隼鸟二号终于与龙宫会合。总的来说，隼鸟二号的任务完成得相当成功，而且相对于隼鸟一号来说，隼鸟二号的复杂度高多了。

地球轨道（蓝色）、龙宫小行星轨道（绿色）、隼鸟二号轨道（紫色）对比（GIF）

隼鸟二号携带了4个小型登陆器，在距离龙宫50米高度处释放，被小行星微弱的重力拉向其表面，并在小行星上弹跳。2018年9月21日，随着两个小型登陆器的投放，人类获得了了第一张小行星表面拍摄的照片。

隼鸟二号投放的登陆器在龙宫表面拍摄的第一张照片

取样的过程也是挺复杂的。隼鸟二号进行了两次取样，包括表面取样和地表下层取样。表面取样还是之前隼鸟一号的模式，取样器在龙宫表面附近发射弹丸撞击，然后从取样的喇叭口搜集样本。

隼鸟二号表面取样的过程（GIF）

而下层取样就相当复杂了。隼鸟二号先释放一个撞击器，由撞击器在距离龙宫表面500米之外，发射2.5公斤重的铜质弹丸，直接轰出了一个直径10米的大坑，从而剥离表面土壤，暴露出内部物质。然后隼鸟二号再过去进行取样。在轰击过程中，为了避免被撞击飞溅出来的物质撞到，隼鸟二号要先飞到龙宫的背面，等撞击完成之后再飞回撞击点进行取样。

下表层取样的过程（GIF）

由于距离地球遥远，地面的深空探测网不能提供高精度的位置数据，很多定位与判断工作必须由隼鸟二号在现场做出，可想而知任务复杂度是比较高的。另一方面，日本能够得到欧洲和美国的深空测控网的支持，降低了对日本自身深空测控能力的要求。

日本的深空测控天线

然而正是由于采用了喇叭口采样这样的模式，获取的物质是被5克重的钛金属弹丸轰击出来的，故而取样的量不可能太多。这两次取样的物质分开存放，总计大约100毫克。

隼鸟二号的取样器设计

作为对比，我们可以看一看NASA对小行星贝努进行的采样。贝努也是C类小行星，同样也是近地小行星，平均直径大约490米。据计算，在2175到2199年间，贝努有1/3700分之一的概率与地球相撞。

贝努小行星（101955 Bennu）（GIF）

NASA的OSIRIS-REx（也译为冥王号）小行星取样任务，发射于2016年9月8日。2018年12月，OSIRIS-REx与贝努会合，并对贝努进行了详细的观察。

悬停在贝努之上的OSIRIS-REx

2020年10月20日，OSIRIS-REx成功地对贝努进行了采样。OSIRIS-REx先悬停在贝努之上，然后伸出了一个机械臂，直接从贝努表面抓取了土壤。为了减缓抓取样本时机械臂对OSIRIS-REx的冲击，机械臂与母体连接处设置了一个弹簧。

OSIRIS-REx抓取贝努土壤（GIF）

NASA估计，抓取的土壤在60克到2000克之间。由于抓的实在太多了，以至于从容器中往外渗出。预计OSIRIS-REx将于2023年返回地球。

容器中渗出的土壤

两相对比，隼鸟二号取样如此之少，与其取样方式有关。或许由于预算的限制，隼鸟二号在结构上大致延续了隼鸟一号，包括取样设备，与隼鸟一号是一样的。这种喇叭口吸尘的取样器设计模式，本就不可能取太多的样品。

隼鸟二号的取样器

有人可能想问，为什么不直接登陆小行星表面取样呢？简单来说，就是太难。小行星太小，很难找到足够大的平地。

龙宫的表面，到处都是碎石

另一方面，也是最重要的，小行星的引力太小了。像月球，由于引力足够大，能将月球登陆器捕获，登陆器在登陆前可以处于接近于垂直落地的状态，也就是登陆器相对于地面水平速度可以为零。但在小行星上，这一点做不到。小行星在自转时不能靠引力俘获人类的着陆器，带着它一起转，也就实现不了为零的相对水平速度。真要落下去的话，很容易损坏着陆器。因此，大家在做小行星取样时，都不是真的落到小行星表面，而是接近后抓一把就走。

着陆前的OSIRIS-RE想象图

同样是取土，很多人都关心到底隼鸟二号和嫦娥五号谁的水平高。很多自媒体已经讨论了这个话题，佰思科学在这里简单说几句自己的看法。首先，隼鸟二号的技术含量不低，但中国完全有能力进行小行星采样。实际上，名为郑和的小行星探测任务，已经排入日程安排，最早2022年就会上路，打算取2公斤小行星土壤后返回。

中国的郑和号小行星/彗星探测器

最重要的是，嫦娥五号这样的任务，日本在可以预见的未来，都不会去做。以日本现今的国力，独立进行登月和建立月球基地的任务，太难了。别的先不说，长征五号级别的运载火箭日本就没有。

2020年前三季度世界各国航天发射数量统计

上图是2020年前三季度世界各国航天发射次数统计。可以看出，中美两国和其他国家在航天领域不在同一个水平线上。因此，和日本比已经没啥意思。未来的航天竞赛，主要在中美两国之间进行。

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