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日本“隼鸟-2”行星探测器的军用潜力

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2月21日,日本“隼鸟-2”探测器下降到“龙宫”小行星的表面,近距离向小行星表面发射一颗约5克重的“钽弹”,并用专门的取样仪器收集弹射出的岩石碎片,成功完成首次采样任务。“隼鸟-2”还将完成两次采样任务,3次采样任务完成后,所有样品将通过一个返回舱于2020年12月返回地球。虽然“隼鸟”系列任务名义上是小行星探测,但其发展的诸多技术如“太空炮”撞击装置、航天器机动及探测、非合作目标捕获及抓取等能够物化为尖端的空间攻防武器,具有极强的军事应用潜力。

一、任务背景

“隼鸟”系列任务是日本航空航天探索局的一个系列小行星探测项目,旨在开展空间科学研究,验证先进太空技术。计划分三个阶段进行,分别对S型、C型和D型小行星进行探测,探测距离不断增加、任务复杂程度逐步提高。“隼鸟-1”任务于2003年~2010年期间完成了S型小行星“糸川”的探测并返回地球;“隼鸟-2”将探测富含碳元素、起源时间与太阳类似的C型“龙宫”小行星1999 JU3,帮助研究地球的演变过程与生命的起源。“隼鸟-2”任务于2006年被日本太空活动委员会选中,并于2010年8月批准,总经费约1.5亿美元。

北京时间2014年12月3日,“隼鸟-2”小行星探测器搭载H-2A火箭从种子岛航天中心发射升空,经过约4年的飞行,“隼鸟-2”于2018年6月进入“龙宫”小行星轨道,正式开启其探测任务。

二、“隼鸟-2”探测器主要组成

“隼鸟-2”由平台和有效载荷舱两部分组成,重约600千克,外形为1×1.6×1.4米的长方体。平台包括热控、电源(可折叠式双翼太阳能电池帆板和蓄电池)、通信、数据处理、姿态轨道控制、化学推进和离子推进系统。有效载荷舱包括小型便携式撞击装置、飞行任务仪器系统、样品采集装置、再入密封舱、机器人探测器及着陆器。相比“隼鸟-1”,“隼鸟-2”除了采集表面样品,还要采集小行星地表以下岩石样本,为此在结构上进行了较大改进,主要区别是:

一是加装可探测小行星内部的撞击装置

为了获取小行星的内部岩石样品,“隼鸟-2”将加装小型便携式撞击装置(SCI)。SCI是一个直径30厘米、重约10千克、装有炸药和定时引爆器的圆筒形撞击装置。由于该装置使用火药引爆的方式增强撞击力,曾被美国空间网等多家媒体形象地称为“太空炮”。该装置于2013年成功进行了地面试验。

与“隼鸟-1”类似,“隼鸟-2”的样品采集装置中同样配备了可弹射的金属弹子,通过发射弹子撞击小行星表面溅起土壤或岩石碎屑进行表面样品收集,但弹子的冲击力更强,数量也更多。

二是增加了机器人探测器的数量

“隼鸟-1”任务中,释放了“智慧女神”机器人探测器,但由于计算错误导致释放高度过高,“智慧女神”没有被小行星的引力捕获而飞入太空。“隼鸟-2”任务携带了2个与“智慧女神”相似的机器人探测器,可以在小行星表面跳跃巡视。此外,“隼鸟-2”还搭载了MASCOT小型着陆器。该着陆器由制造“菲莱”彗星探测器的欧洲团队研制,质量10千克,其上搭载了多台科学仪器设备,如广角摄像机、热辐射仪、磁强计以及分光显微镜等。着陆后将利用这些观测仪器对小行星进行原位勘测,获取小行星的相关数据。同时对3个机器人探测器进行遥测控制,将是此次任务的又一难点。

三是其他设备也进行了改进

针对“隼鸟-1”任务中出现的离子发动机输出不稳定、姿态控制装置失灵、通信中断等故障,“隼鸟”-2主要改进还包括:

取样机构进行了更好地密封,增加更多的隔间;更加耐用的离子发动机(功率提高了25%);返回舱增加了测量飞行加速度、运动和内部温度的仪器;增加了姿控系统冗余(反作用轮数量由4个增加到3个);采用了“破晓”号金星探测器上的新型平面天线,与“隼鸟-1”的抛物面天线相比重量减轻了四分之一,但拥有一样的通信能力;新增近红外光谱仪(NIRS3)和热红外成像仪(TIR),前者将观察小行星的矿物组成,后者将研究小行星的温度。

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三、主要任务内容

2018年,探测器将到达小行星并开始为期18个月的探测。探测任务主要包括三个方面:

(1)探测器在距小行星表面20千米的位置利用光谱仪、摄像机和其他传感器对小行星进行综合调查,并确定着陆位置。

(2)释放1个着陆器和2个跳跃机器人探测器,进行小行星表面探测。2018年9月21日,“隼鸟-2”下降至距离小行星55米的高度,释放首批两艘跳跃探测器MINERVA-II1A和MINERVA-II1B。每个圆盘型探测器直径18厘米,高7厘米),质量约1.1千克。他们采用跳跃方式前进,进行探测。2018年10月2日,“隼鸟-2”又部署德法研制的探测器,大小类似微波炉,工作了17个小时。

(3)收集三处不同位置的岩石样本约0.1克并带回地球,其中两处采取与“隼鸟-1”相似的金属弹子撞击小行星的方式收集表面样本,一处利用新的小型便携式撞击装置(SCI)收集内部岩石样本。2月21日完成的是第一次采样任务,“隼鸟-2”还将完成两次采样任务,第二次将和第一次的过程一样;第三次采样将使用携带的“太空炮”向小行星表面发射由火药引爆而加速的铜弹,形成弹坑后从坑底取样,以确保样品是最原始的,没有受到深空辐射的风化影响。

3次采样任务完成后,“隼鸟-2”探测器将于2019年12月开始返回。由于探测器仅需要在靠近地球时释放装有小行星岩石样本的返回舱,之后将重新飞向深空,而不必考虑将速度降低到与地球匹配的程度,因此探测器可以选择较短的路径,2020年底就可到达地球。

四、带动相关技术发展并具有军事应用潜力

“隼鸟-1”任务的成功使日本成为小行星探测的领先国家,也极大增强了民族凝聚力。日本政府趁热打铁,又大力推进“隼鸟-2”任务,不仅获得了国内外的高度关注,也有助于其扩大航天领域国际影响力,而其蕴含的重要军事应用价值更需要特别关注。

“隼鸟”任务的推进将极大带动日本相关前沿技术的创新发展。“隼鸟-1”任务促进了日本离子发动机推进技术、光学自主导航技术、小行星采样返回技术等空间技术的发展,特别是仅依靠1台姿态控制装置和2台离子发动机就能安全返回地球,表明日本整体空间探测技术的先进性。“隼鸟-2”在此基础上采用更加先进的离子发动机技术、飞行控制技术、导航技术,并将进一步验证多目标的遥测控制技术。

尽管日本“隼鸟”系列任务的主要目的是探测小行星,但其演示和发展的诸多技术显然具有重要的军事应用价值。比如,能够依靠离子发动机和自主导航实现对远距离小行星的交会,表明探测器具备长期在轨运行、机动和准确靠近目标的能力。通过向小行星表面释放目标指示器引导撞击,使得精确攻击特定目标成为可能。特别是为了采集内部岩石样品而装配的小型便携式撞击装置,通过爆炸产生高速弹丸,可严重威胁加固的空间目标。这些技术都具有物化成空间攻击武器的巨大潜力。

不过,“隼鸟-2”携带的“太空炮”小型便携式撞击装置仅在地面进行过试验,未经过真实太空环境的验证,其可靠性还有待验证,“隼鸟-2”能否成功还有待进一步观察。

来源:美国《航天新闻》 翻译:军事科学院军事科学信息研究中心/廖小刚

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  1. 太空炮
    匿名2019-03-04 21:09 回复