“爱掉链子”的日本太空探索

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“爱掉链子”的日本太空探索

日本深空探测起步较早，自1985年发射第一颗深空探测器“彗星”号以来，迄今一共进行了7次太空探索任务，但这7次任务称得上完全成功的只有两次，其余五次一次失败，四次大部分成功。

这些任务大部分是在2003年日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）成立后进行的，而日本太空探索似乎总在关键时刻掉链子，过于追求技术先进而忽视可靠性常常导致探测器故障不断。

图为位于日本九州岛南方的JAXA种子岛宇宙中心，这里也是日本最大的太空发射中心，发射台上矗立的是H-IIB运载火箭。



“彗星”号：初试成功

1986年，著名的哈雷彗星即将回归，接近近日点。日本在1985年7月与8月分别发射了“先驱”号与“彗星”号两艘探测器前往观测哈雷彗星。

先驱号是日本首个离开地球轨道的太空探测器，目的是验证行星际探测任务技术，它在距离哈雷彗星700万公里的地方观测该彗星。而彗星号则以14万公里的更近距离穿越了彗尾，观测到了太阳风与哈雷彗星的相互作用、并在紫外波段拍摄了哈雷彗星彗核。

首次发射的两枚深空探测器均获成功，加快了日本太空探索的步伐。四年后，日本首枚月球探测器“飞天-羽衣”号发射。




来源通讯科技

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“飞天”号：几经挫折

1990年1月24日，日本利用M-3SII运载火箭向月球发射了“飞天”号探测器，用于探测地月空间环境，“飞天”号后来释放了子卫星“羽衣”号进行环月观测，这也是日本首颗月球人造卫星。两颗卫星总质量约200公斤，其中“羽衣”号子卫星约12公斤重。

“飞天”号在发射后先在地-月系统的大椭圆轨道上运行，但它的入轨速度比预期低了50米/秒，导致远地点只有29万公里，而不是预定的47.6万公里，探测器经多次轨道修正后才进入原定轨道。1990年3月18日，“飞天”号在做首次月球飞越时，成功后向月球轨道释放了一颗子卫星“羽衣”号，但是这枚小型探测卫星很快就出现故障失灵。

1991年3月19日，“飞天”号在太平洋上空125.5公里以11公里/秒的速度进入地球大气层，利用大气阻力把速度降低了1.712米/秒，把远地点高度降低了8665公里。这是气动制动首次在航天器上的应用。1992年2月15日，“飞天”号在距月球422公里的最近距离时，利用剩余燃料进入绕月轨道，但它在月球探测上未有更多发现。1993年4月，“飞天”号完成任务撞击月球。

该探月计划在很大程度上是试探性的，其主要目的是协助日本科学家掌握探月以及实施其他航天计划所必需的空间探索和轨道控制技术。

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“希望号”：功败垂成

日本首颗火星探测器“希望”号于1998年7月3日发射升空，总成本约1.32亿美元。探测器除研究太阳风对火星高层大气的影响外，还打算对火星表面进行拍摄，此外探测器还要飞经火星的2颗卫星——火卫一和火卫二。

但“希望”号在升空后一直故障不断，原定于1999年10月进入火星轨道，但由于一个推进器阀门出故障，导致燃料泄漏，有关方面不得不临时决定让该探测器借用太阳和地球的引力继续飞行，致使到达日期被推迟到了2004年1月。

但在2003年4月，受爆发的强烈太阳耀斑影响，“希望”号上的电路损坏致使其主发动机停止工作。虽然JAXA后续有尝试遥控修复“希望”号，但其主发动机已不能恢复工作。最终“希望”号在距火星表面894公里的上空与火星擦肩而过，探测火星的使命就此终结。

这也是日本第二个在太空中完全失灵的深空探测器。

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“隼鸟”号：九死一生

几乎在抢救“希望”号的同时，日本首颗小行星探测器“隼鸟”号于2003年5月9日升空。它将前往“糸川”小行星，采集样本并送回地球。

在升空后不久，“隼鸟”号就遭受史上最大太阳耀斑的冲击，所幸不影响任务进行。

2005年7月到10月，“隼鸟”号发生重大故障。3台姿控发动机两台故障，只能依靠最后一台发动机和离子引擎的喷射控制姿态。

2005年11月12日，“隼鸟”号第一次释放子探测器MINERVA，但抵达“糸川”表面失败。11月20日，“隼鸟”号成功在“糸川”小行星上着陆，却与地面失去联系长达3小时。11月26日，隼鸟号再次着陆，并成功采集到样本。这是人类第一次从小行星上采集样本。

2005年12月，化学引擎出现燃料泄漏，探测器无法保持姿态，与地面控制中心失去联络长达近2个月，错过返回地球窗口。项目负责人决定“隼鸟”号延期3年返回地球。

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“隼鸟”号：峰回路转

2006年初，负责“隼鸟号”离子引擎的日本技术人员利用离子引擎燃料氙的喷射反冲力调整探测器姿态，此举成功恢复了探测器与地面的通信。

2006年3月，“隼鸟”号太阳能电池输出过低、11个锂蓄电池中有四个完全不能使用、燃料也几乎流失。

2007年4月,“隼鸟”号脱离糸川小行星轨道,开始返回地球之旅。

2009年11月,“隼鸟”号的4台离子引擎中仅余一台尚能运转，而返回地球需至少两台引擎提供动力。JAXA为此预留了一套电路发挥作用,利用离子生成装置和电荷中和器成功激活另一台引擎，“隼鸟”可以“回家”了。

隼鸟号原定2007年6月返回地球，但由于其离子引擎故障不断，延后3年后于2010年6月13日返回地球，“隼鸟”号本体在重回大气层时烧毁，而内含样本的隔热胶囊与本体分离后在澳大利亚着陆。

“隼鸟”号虽然最终成功了，但这是继“希望”号后又一次因为引擎故障差点让探测任务失败。

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辉夜姬号：圆梦月球

在月球探索项目停顿了近十年后，2007年日本成功发射“辉夜姬”号月球人造卫星，耗资2.7亿美元，JAXA曾表示该计划是当时继美国“阿波罗计划”后规模最庞大的月球计划。

“辉夜姬”号在发射20天后进入椭圆绕月轨道，之后释放出两个子卫星，“中继星”命名为“翁”，“甚长基线干涉测量星”命名为“妪”。分别用作通讯和测量月球重力。

2009年该卫星在圆满完成所有科学任务后，受控撞击月球南半球结束使命。

“辉夜姬”号是日本自“先驱”号与“彗星”号以来，首个完全成功的太空探索项目，这也与此前“飞天”号与“羽衣”号打下的丰富月球探测经验有关。

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“拂晓”号：又是引擎故障

就在“隼鸟”号即将返回地球的前一个月，奔赴金星的“拂晓”号在2010年5月21日升空。它也是日本发射的首颗地外天体气象卫星，旨在研究金星的大气情况，同时搭载的还有世界首个太阳帆“伊卡洛斯”号。

2010年12月8日，“伊卡洛斯”号成功在距离金星8万公里处飞过。但同行的“拂晓”号却因为主引擎阀门故障与金星擦肩而过，未能进入环绕金星轨道。

“拂晓号”上装备有世界首台陶瓷制成的主发动机。但也正因为该发动机阀门故障引发主发动机异常燃烧，使“拂晓”号不得不在绕太阳运行的轨道上等待五年，才能再次获得进入绕金星轨道运行的窗口。

2015年12月7日，JAXA成功利用“拂晓号”上的4个姿态控制发动机进行了约20分钟的点火工作，成功进入绕金星工作的大椭圆轨道。

虽然拂晓号成功进入绕金星工作的轨道，但目前已超期服役1年。此前因入轨失败，“拂晓”号进入绕太阳运行的日心轨道，过高温度与强辐射可能会造成该探测器零部件的老化，探测器未来是否会再出现故障还是未知数

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“隼鸟2号”：子探测器失败

受“隼鸟号”成功的鼓舞，在“隼鸟号”返回地球四年后，“隼鸟2号”于2014年12月3日搭载H-IIA火箭升空。

“隼鸟2号”将于2018年抵达名为“龙宫”的小行星并采集约10克的样本，预计2020年返回地球。与“隼鸟号”相比，“隼鸟2号”采用更加耐用的离子发动机、经过升级的制导与导航技术，以确保探测器能在小行星上平稳着陆。

与“隼鸟2号”一同发射的还有一颗65公斤重的超小型深空探测器“PROCYON”，原本计划“PROCYON”将通过地球引力和离子发动机加速，对小行星2000 DP107进行飞掠探测，但在2015年4月，“PROCYON”的离子引擎发生故障，错失轨道修正的机会，拜访小行星2000 DP107的计划宣告失败。

这一次，JAXA太空探索征程又一次败在了推进系统上。好在“隼鸟2号”目前工作一切正常，没有影响主探测器工作。

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要技术先进还是要成熟可靠？

2017年，欧空局与日本合作的BepiColombo水星探测器将发射升空，该计划耗资达到20亿美元，包括分属日欧的两颗大型探测器。日本的水星探测器被称为水星磁场轨道飞行器，主要探测水星的磁场和大气。如果发射时间顺利，探测器将于2024年进入环水星轨道。

从1985年“彗星”号升空以来，日本进行了七次太空探索，完成了对彗星、月球、小行星、金星的探索，大部分最终取得了成功，但过程总是历经波折，而且几乎大部分问题都出在日本引以为傲的先进推进技术上。但是无论是“隼鸟”号的离子引擎，还是“拂晓”号的世界首台陶瓷发动机，都在最关键的时刻“掉链子”，虽然最终峰回路转获得成功。

在人类太空探索的征途上，有的任务以科学目标为核心，有的以验证技术为核心。对于新技术，敢于尝试才会有更先进的探索方式；但对以科学目标为核心的部分深空探索项目而言，技术的成熟与可靠性才是最可靠的保证。