14 隼鸟2号的着陆窘
上一章我给你们讲了隼鸟号的精彩故事，这个故事只要把真实的情节叙述出来，就是一部电影，连编剧都不需要了。而下面要登场的是隼鸟号的升级版——隼鸟2号，它的旅程依旧精彩。
2018年6月27日，地球上的夏至刚刚过去。在位于神奈川的日本宇宙航空研究开发机构的控制室内，隼鸟2号项目的总负责人津田雄一与他的600位同事，正焦急地等待着什么。没错，这个时刻到来了！在发射后的第1302天，隼鸟2号经过3亿千米的长途跋涉，终于抵达了距离目标小行星龙宫20千米左右的地方，并且与小行星保持了相对静止。
这一刻，控制室内立刻爆发出热烈的掌声，研究人员们欢呼雀跃——4年的等待终于没有白费。很快，隼鸟2号就传来了小行星龙宫的第一套珍贵的特写照片。可是，令人万万没有想到的是，当小行星龙宫的地貌逐渐显现出来后，笑容在津田雄一脸上凝固了。他怎么也没有想到，小行星龙宫竟然是这个形状，这张令人吃惊的“麻脸”或许会引发灾难性的后果……
那么，小行星龙宫到底长什么样呢？为什么小行星的“颜值”对着陆至关重要？隼鸟2号到底有没有顺利着陆呢？
咱们书归正传，从头讲起。让我们先来认识一下隼鸟2号。
基于隼鸟号的教训，隼鸟2号做出了一些针对性的改进(1)。
第一个重要改进针对姿态控制系统。隼鸟号有三个用于姿态控制的反作用轮，但在第一次着陆前就坏了两个。隼鸟2号增加了一个反作用轮，并且尽量少地去使用它们。
另一个重要改进针对燃料和氧化剂管道的走线。隼鸟号有两种走线管道，但遇到问题时都不管用，在第二次着陆后发生了可怕的燃料泄漏。所以，隼鸟2号的化学推进系统进行了优化，具体方式有改进阀门清洗方法和气密性试验、减少焊接位置、审查焊接程序等(2)。
隼鸟2号还改进了离子发动机。隼鸟号有四个离子发动机，在任务的最后，它们老化严重，坏的坏，伤的伤，最后勉强才拼凑出一个好用的。所以，隼鸟2号用等离子体保护放电器的内壁，并且通过加强磁场来降低电子发射所需的电压，来延长发动机的使用寿命(3)，引擎的推力水平也增加了20%左右。
我们再来看看这次隼鸟2号探测的目标——小行星龙宫。它位于地球和火星之间，于1999年被发现。“龙宫”这个名字和隼鸟号拜访的丝川一样，都是日本决定对它进行探索后才起的名字，来源于日本民俗故事《浦岛太郎》。在故事中，渔民浦岛太郎救了一只乌龟，乌龟为了报恩，将他带到了水下的龙宫。浦岛太郎爱上了一位恳求他留下来的公主，三天之后他希望回到水面。作为一份离别礼物，公主给了他一个盒子，告诉他永远不要打开。回到家后，浦岛太郎震惊地发现300年过去了，他认识的每个人都已经死了。在困惑中，他打开盒子，立刻被一团白雾笼罩。当白雾消失后，他发现自己变成了一个老人，因为盒子里有他的过去。(4)你能不能从这个故事中听出“龙宫”的寓意呢？
在故事中，浦岛太郎在“龙宫”的盒子里找到了他丢失的过去。而隼鸟2号的目的就是取得小行星龙宫的物质样本，并带回地球，希望从中获取太阳系最初的信息。
龙宫是一颗C-型小行星(5)，比隼鸟号探索的丝川更加原始，像一颗“时间胶囊”。了解小行星上的物质构成有助于我们了解地球和生命的起源。由此可见，龙宫绝对是被寄予厚望的。那么，在出发之前，隼鸟2号研究团队对龙宫了解多少呢？
通过红外观测，研究团队知道龙宫的直径约为900米，表面积有9个足球场那么大，大致呈球形。它的反射率很低，仅有0.05，就像一个黑色的土豆。
隼鸟2号在4年中不断传回龙宫的照片，但始终都像打着马赛克，不见庐山真面目。于是，就有了本章开头的那一幕。当隼鸟2号距离龙宫仅20千米，拍下第一张特写近照时，研究人员还真被吓了一跳——谁都没想到，龙宫不是预想中的球形，而更像一个奇异的算盘珠。更可怕的是，龙宫有一张麻子脸，上面密密麻麻满是凹凸不平的岩石。
为了弄清岩石的数量，项目团队用绿色在龙宫的照片上标记出直径大小在8—10米的岩石。(6)这是一张让人忍不住犯密集恐惧症的图片——满眼都是星星点点、荧荧的绿色。
这些岩石的分布事关隼鸟2号任务的成败。因为隼鸟2号的着陆条件很严苛，着陆点必须满足以下几点要求(7)：
1.表面的倾斜度平均在30°以内。
2.着陆时，隼鸟2号的太阳能电池板需要与龙宫表面平行。如果着陆点部分倾斜，航天器的姿态也将倾斜，进入太阳能电池的太阳光会减弱。
3.应有一个直径约100米的平坦区域。隼鸟2号自主着陆时，导航制导系统的精度估计约为±50米。因此，为了安全着地，必须选择一个直径约100米的平坦区域。
4.周围的巨石高度不高于50厘米。隼鸟2号的下端有一个从表面收集材料的采样器喇叭，长度约为1米。因此，当采样器喇叭的尖端接触地面时，周围的巨石不能高于50厘米，否则隼鸟2号就会有“触礁”的危险。
5.表面温度低于97℃。接地点的温度必须低于此极限，以防止由于地面热量导致隼鸟2号安装的设备因过热而失效。
因此，岩石遍布的龙宫有一个致命的问题：无法满足着陆条件中的第3点——无法提供一个直径约100米的平坦区域。别说100米了，它上面甚至连一个直径为20米的平坦区域都难以找到。
再回看隼鸟2号，它长1米，宽1.6米，高1.25米。两边的两个大翅膀——太阳能板，长6米，宽4.23米。这个大小相对于龙宫的“岩石丛林”来说，就显得太大了。所以，着陆龙宫最大的难题就是找到一个“落脚点”。
好在天无绝人之路——隼鸟2号导航制导系统的精度是可以提高的。通过练习，可以从现在的±50米达到±20米，甚至±10米。于是，隼鸟2号项目团队兵分两路：第一路通过不断测试来提高着陆精度；第二路仔细研究龙宫的地形，努力找出一个适合的着陆地点。
2018年8月17日，行动正式开始了。
隼鸟2号团队在分析了各种地点的巨石分布图之后，把岩石数量较少的L08确定为隼鸟2号着陆点的第一备选，L07和M04作为后备选项。名称“L”和“M”指的是低纬度（L）和中纬度（M）位置。(8)
这里我要特别说明一下，隼鸟2号还有两个小型的附属设备，一个叫小型巡视器，另一个叫着陆器。它们俩就像是隼鸟2号派出的侦察兵，可以提前在小行星上着陆，为隼鸟2号提供更精确的数据。
9月21日，小型巡视器顺利着陆。10月3日，着陆器顺利着陆。
小任务的接连成功让所有人都振奋不已，人们暂时从着陆困难的阴霾中走出。很快又传来好消息：在隼鸟2号项目团队的努力下，着陆范围再一次缩小，圈画出了石块较少的L08-B区。正当大家以为万事大吉，隼鸟2号着陆无忧时，意外发生了。
隼鸟2号团队突然宣布：原定于2018年10月底着陆的计划，将推迟到2019年1月以后。在2018年10月10日的新闻发布会上，研究人员无奈地说：“龙宫开始对我们张牙舞爪了。”
这个消息非常突兀。从隼鸟2号的官方推特来看，简直完全没有道理，前一篇还是一切顺利，怎么突然就推迟了呢？还一下子就推迟了3个月？
隼鸟2号团队官方给出了两个原因：一是为了通过现有的数据更好地了解龙宫的地表条件，二是为了增加隼鸟2号的导航精度。(9)其实，导致着陆计划推迟的导火索，是一个月前的测试中发生的意外。
一个月前，隼鸟2号在降落到600米处时，自动停止了下落，并且突然和地面失去了联系。地面的研究人员除了等待别无他法。等信号恢复后，他们竟然发现隼鸟2号已经自动返回到了20千米处。(10)这到底是怎么回事呢？
隼鸟2号失联、自主攀升的行为看似诡异，其实原因非常简单，甚至有点好笑——龙宫太黑了。别忘了，龙宫的反射率只有0.05，在漆黑的宇宙背景下，就像黑人掉进煤堆一样，很难找到。而隼鸟2号是通过激光来测定距离的，如果龙宫太黑，光反射不回来，探测器无法获取高度，为了躲避风险，就会自动上升。2018年10月3日，着陆器的官方推特发了这样一条推文：“哇！龙宫是如此黑，我无法定位自己。我不得不使用我的摇臂重新定位，以便我可以继续收集科学数据……现在好多了！”(11)
这次意外暴露出一个关键问题：面对漆黑的龙宫，隼鸟2号激光测距的定位方法有时会失效。有没有一种更好的定位方法呢？
你不妨想一想，如果一个黑人掉入煤堆，如何使他迅速被认出？很简单：让他咧嘴一笑，露出白牙。隼鸟2号精准定位的关键就在于：在龙宫上布置一颗“白牙”，也就是释放会发光的标记球。隼鸟2号只要瞄准“白牙”，就能被精准地引导了。
这个设想很好，但实际操作起来，导航精度能否达到要求呢？这需要谨慎的实验来验证。于是，隼鸟2号团队进行了两次“排练”。这次，命运向隼鸟2号团队露出了微笑，两次排练都进行得非常顺利。
10月25日，隼鸟2号利用激光测距（LRF）的方法，自动下降并悬停在L08-B区上空，在龙宫上投射出一个小小的影子。然后，像是母鸡下蛋一样，一个圆圆的标记球从隼鸟2号底部释放出来，直直地落在龙宫上，滚动了几米。标记球是用逆向反射材料制作的，能够反射太阳光，形成一个亮晶晶的光点。虽然只有10厘米大小，但它却是龙宫上导航的灯塔。
这一天，隼鸟2号项目团队兴奋地在推特上写道：“这个尝试取得了巨大的成功！”
现在，隼鸟2号成功着陆的一个重要条件“导航定位”已经顺利满足。但是隼鸟2号依然面临一个大难题：符合要求的着陆地点还是没找到。经过几轮测试和练习后，导航的准确度已经提高到了±15米。也就是说，符合要求的平坦区域直径达到30米即可。但问题是，L08-B的直径仅为约20米。
幸运的是，这个棘手的问题也刚好被10月25日释放的“灯塔”解决了。原来，“灯塔”的存在，为隼鸟2号提供了一种“精确触地”的方法，把最终的导航精度提高到了±2.7米。换句话说，直径20米的空间绰绰有余了。
最终，隼鸟2号选择了离目标标记较近的L08-E1区。那里比L08-B区狭窄，宽度为6米，刚刚满足隼鸟2号现在的导航精度。(12)项目团队说：“虽然这个区域的大小只是勉强够用，但我们会尝试在这里触地得分。”
终于，在一颗小小标记球的帮助下，所有难题迎刃而解。隼鸟2号已准备就绪，可以迎接最后的光辉时刻了。
2019年2月6日，隼鸟2号团队在日本宇宙航空研究开发机构东京办事处举行了新闻发布会，向全世界宣布：触地时间定在2月21日，着陆位置为L08-E1。
整个着陆过程没有地面干预，隼鸟2号只能靠自己。
2月21日，东京时间13点45分，隼鸟2号开始以0.9米／秒的速度下降。在下降到距龙宫40米处时，它“看到了”标记球，缓慢地移动过去。(13)突然，它停下了，因为这附近有一块2米高的岩石。隼鸟2号不得不继续调整自己的姿势。终于，它避开了所有大型岩石，准确到达了着陆点的上空，就像猎人锁定了猎物一样，非常耐心地一点一点接近目标。
就这样，下降一直持续到第二天上午7点29分，隼鸟2号的底端抵达了龙宫。它仅轻轻地一触，便迅速弹起，激起碎石飞舞，然后优雅地重新回到上空。
与隼鸟号的设计一样，所谓的“着陆”，其实就是蜻蜓点水那样轻轻碰一下。在隼鸟2号底部有一个长长的、筒状的东西，名为“取样喇叭”。在它的顶端接触小行星表面的瞬间，它会发射子弹，在龙宫的表面激起碎片，这些碎片会被取样喇叭收集起来。整个过程复杂且迅速，仅在几秒之内便能完成，之后隼鸟2号立刻转为上升状态。这精彩的瞬间被称为“触地得分”。
由于信号延迟，几分钟后，地面上的隼鸟2号项目团队才接到“着陆”成功的信号。一时间，控制室里响起一片热烈的掌声，人们高声欢呼、互相拥抱，总负责人津田雄一更是忍不住流下了激动的泪水。
然而，着陆成功只是一个开始。
2个月后，2019年4月5日，隼鸟2号向小行星龙宫表面发射了携带9.5公斤炸药的撞击器——SCI。在爆炸的巨大威力下，小行星地下岩石喷涌而出。撞击器给龙宫表面制造了一个人工撞击坑，炸出了小行星的深层物质。
又3个月后，2019年7月11日，隼鸟2号二度成功登陆小行星龙宫，采集到了上次炸出来的地下岩石标本。
在我们欢度国庆节期间的10月3日，日本官方宣布，隼鸟2号成功完成了小行星漫游车的释放任务。至此，隼鸟2号的小行星考察任务全部完成。它于2019年12月3日出发返回地球，预计2020年年底回到地球的怀抱。
看起来一切都很顺利。但别忘了，太空探索充满了不确定性和意外，在没有拿到最终的样品前，隼鸟2号的任务都有可能因为任何微小的失误而前功尽弃。因此，隼鸟2号团队丝毫不敢大意，现在依然是他们最为紧张的时候。
让我们一起期待隼鸟2号的归来吧。或许你不愿意看到日本在太空探索领域与我国有的一拼，但这一刻，我还是希望你暂时放下民族感情，这毕竟是代表全人类的太空探索事业。日本在太空探索领域取得的成果是属于全人类的，将来总有一天，人类要向宇宙社会展示我们的文明史。当我们面对外星文明时，我们一定会说：“人类，而不是美国人，于1969年7月20日登上月球；人类探测器，而不是中国探测器，于2019年1月3日成功登陆月球背面；人类探测器，而不是日本探测器，于某年某月某日，第二次将小行星物质带回地球。”
科学是属于全人类的壮丽事业，任何科学成就放到宇宙的大背景下，都是属于全体人类文明的成就。
(1)M. Yoshikawa, H. Kuninaka, N. Inaba, Y. Tsuda, HAYABUSA 2, THE NEW CHALLENGE BASED ON THE LESSONS LEARNED OF HAYABUSA. JAXA, https://ssed.gsfc.nasa.gov.
(2)Hayabusa 2 Project Team, Hayabusa 2 Information Fact Sheet, Ver. 2. 3, pp46, Jul. 5, 2018.
(3)Overview of Hayabusa 2 Major Onboard Instruments, https://global.jaxa.jp/.
(4)Hayabusa 2 Project Makoto Yoshikawa, What Kind of Asteroid is Ryugu?, http://www.hayabusa2.jaxa.jp/, Apr. 4, 2018.
(5)C-型小行星：含碳的小行星，它们是最普通的小行星，约占已知小行星的75%。
(6)Tatsuhiro Michikami, Boulders on the Surface of Asteroid Ryugu, http://www.hayabusa2.jaxa.jp/, Aug.31, 2018.
(7)Hayabusa 2 project, The Touchdown Site, http://www.hayabusa2.jaxa.jp, Feb. 19, 2018.
(8)Hayabusa 2 Project, Determination of Landing Site Candidates!, http://www.hayabusa2.jaxa.jp, Sept. 3, 2018.
(9)Hayabusa 2 project, Schedule Change for the Touchdown Operation, http://www.hayabusa2.jaxa.jp,Oct. 14, 2018.
(10)Operation Status, http://www.hayabusa2.jaxa.jp.
(11)原文是：Wow! Ryugu is so dark that I had trouble orienting myself. I had to use my swing arm to relocate so I could continue collecting scientific data... Much better now!
(12)Hayabusa 2 project, The Touchdown Site, Feb. 19, 2018.
(13)详见JAXA发布的视频：Asteroid Explorer “Hayabusa 2” Launch Live Broadcast。