日本隼鳥2號飛船:在300萬公里外的小行星「暴力采礦」,碎石橫濺

雖說日本在二戰結束后被限制了很多關于軍事方面的發展,但不得不承認日本在科技方面還是有一定能力的。

JAXA成立之后日本并沒有像其他國家那樣把大量經費放在航天工程上,而是制造一些小型探測器針對于小型天體進行探索,這是為什麼?

一方面是政府經費并沒有像NASA那樣有著雄厚的經濟實力,另一方面JAXA 研究小型天體更多是為了一些微型實驗和研究。換句話說了解這些小型天體的利用價值才是他們想要的,從空間探索的規劃上面我們便能看出,隼鳥2號的小行星開采便是很好的例子。

隼鳥2號的相關儀器

距離地球 300萬公里外的小行星「 龍宮」是JAXA這次主要的任務目標, 由于隼鳥2號的開采方式使用了「暴力」采礦,因此小行星上面碎石橫濺。但為何日本JAXA會對這顆小型天體感興趣?他們在上面發現了什麼?隼鳥2號又是如何完成這樣的任務?整個計劃遭遇了哪些過程?

本文將從JAXA隼鳥2號飛船開采任務,以及小行星研究這兩方面來解答以上問題,接下來一起看看隼鳥2號為何會采用這種暴力采礦方法?

「暴力開采」小行星

日本JAXA在隼鳥1號飛船成功后便將新的計劃提上了議程,這次的目標將主要聚焦在300萬公里外的一顆隕石,相關的科研工作者將其命名為「龍宮」。

2019年,隼鳥2號終于成功抵達目的地,按照任務要求,隼鳥2號需要在龍宮上面放置炸藥來炸開龍宮地表。 爆炸方式主要通過發射彈丸在地表上方大約3.5米左右,然后爆炸會將碎片帶入小行星的軌道,同時形成一個坑洞。

為了不讓隼鳥2號受到爆炸影響,飛船需要在爆炸之前遠離爆破地點,最后通過小行星軌道收集巖石碎片。爆炸由 小型隨身撞擊器(SCI)中攜帶的爆炸裝置完成,SCI外形為 14公斤的錐形容器,里面主要由 塑膠炸藥填充。

然后通過鉆機完成洞口鉆探,小行星上面會被鉆出一個 10米寬的洞口。所有準備工作完成后,隼鳥2號只會留下DCAM3的小型攝像機來觀察爆炸。

爆炸后觀察到的坑洞

此次計劃中途基本沒有出現問題,爆炸進行得十分順利。隼鳥2號也在爆炸后的幾周內重新返回到爆破現場,并在這里 收集到了原始樣本

爆炸的影像資料顯示,采礦工作進行時,炸藥完全炸開了小行星的地表,并且到處都有飛濺的碎石,攝像機也成功捕捉到了飛濺的碎片。 攝像機距離爆炸現場800米遠所以圖像上看去并不是特別清楚這主要是出于設備安全考慮

圖像比較模糊,主要是相距太遠

成功采集到巖石樣本的隼鳥2號終于在一年后成功返回地球,整個任務經歷了6年的事件。日本科學家和相關團隊在南澳大利亞回收了返回艙,回收后的樣本并沒有被直接打開,而是需要經過真空處理之后才能進行研究。

充滿希望的龍宮

或許有人會問,太空中的小行星和小型天體那麼多,為什麼日本JAXA會挑選這顆隕石作為研究對象?

根據隼鳥2號之前對龍宮的觀察表明,這顆小行星內部含有 水合礦物的痕跡,或許這是水從星際空間被帶到地球的證據,生命起源也許來自小行星。此次任務告捷將會給日本帶來許多新的研究,這也是任務最主要的目的。

另一方面,目前世界上有能力進行航天任務的國家沒有對小行星有過太多的采礦工作,龍宮任務的成功證明了從小行星采礦再運回地球是可行的。或許探測器并沒有收集大量的材料,但未來從這方面來講無疑是一次教科書案例。

一般來講, 小行星是在太陽早期形成過程中留下的氣體和塵埃的碎片,這些碎片最后在引力的作用下合并成為小行星。從這一點來講,小行星包含了太陽系最原始的化合物, 它能夠幫助科學家了解45億年前的太陽系是什麼樣子

谷神星與迄今了解到的小行星對比

就龍宮來講,這顆小行星只有1公里大小,并于1999年發現,一直到2015年才被正式命名。這個名字主要也是來自于日本民間傳說,日本科學家希望能夠從這顆隕石上帶回新的研究,因此借由該故事取名為龍宮。

當然,小行星也有很多種分類,也并不是所有小行星都有被開采的潛力,因此選擇一顆合適的小行星很重要。就龍宮而言,它的外表跟煤炭一樣黑,這是因為它主要是由碳化物組成,充滿許多有機物的碳分子,是一顆 C型小行星

多種樣貌的C型小行星

這意味著龍宮上面 可能包含氨基酸、蛋白質等多種生命需要的組成部分。從另一個層面來講,就算這些物質不會像地球這樣表現復雜,但它們也可以在宇宙環境中形成化學反應。

另外還有兩種類型的小行星以S、M型為主,這兩種小行星的組成在宇宙中并不多。但它們在稀有金屬含量方面多于C型小行星,并且比C型小行星更亮。

太陽系內的小行星環

但小行星撞擊地球的可能性有多大呢,換句話說它們有多大可能為地球帶來生命?科學家對地球歷史的研究表明,大約每 5000年左右就會有一個足球場大小的物體撞擊地球并造成嚴重破壞。基本上每隔幾百萬年就會有一次大型小行星災難,從這方面來講,生物滅絕倒是和小行星有很大關系。

不過現在關于小行星的研究還不是很多,而日本方面也在對小行星的樣本研究中,這里我們來看看日本團隊在任務執行前是如何完成相關實驗設計的。

出發前的測試

前面我們說到龍宮上面的樣本采集主要依靠發射塑膠炸藥彈丸來執行,這項工作此前實際上經歷了許多測試工作,其中最關鍵的是觸地前的最后測試。

JAXA當時并沒有發現龍宮表面有預期的 粉狀細風化層地形,但之前降落在龍宮表面的探測器發現了較大的礫石。由于該發現和預想的結果并不一樣,所以 觸地測試才會顯得十分重要,要是預測錯誤,小行星爆破活動可能會失敗。

粉狀細風化層地形示意

于是JAXA的團隊進行了一次模擬測試,這次模擬和隼鳥2號的工作任務相同,并且采用的彈丸規格也沒有區別,實驗將會告訴他們龍宮表面究竟會發生什麼。

JAXA團隊很快聯系到了 東京大學工學研究科的宮本英明教授,在東京大學的幫助下,JAXA獲得了人造礫石。并且礫石在強度、密度、成分等各種特性上都與龍宮上的碎片相差無幾。

JAXA和東京大學聯合制造的礫石

材料完成準備后,JAXA團隊準備了一個真空室,然后將其減壓到千分之一毫米汞柱,最后注入子彈進行發射。測試結果表明,如果子彈以每秒 300米的速度發射質量為 5g的鉭子彈,即便是強度與礫巖相同的大型巖石也會被壓碎。

發射槍管的結構

如果是細風化層巖面,子彈撞擊后留下的彈坑直徑會小一些,但可以用收集器進行收集。同時科學家也考慮到了地球重力影響,總體來講,這次實驗都表明爆破采集隕石沒有任何問題,只是取決于龍宮表面的地理情況。

發射子彈的設備

后來的事情大家也都知道,任務成功,樣本采集完畢。日本的小行星勘察任務到這里并沒有結束,未來日本方面表示還會進行更多的研究來了解小行星的發展變化。

如今航天探索的注意力也不全是各類行星和恒星,小行星也同樣展現出了自己的價值。并且日本這次的樣本采集證明了小行星采礦的可行性,未來或許不僅可以通過小行星了解太陽系歷程,還能在小行星上面開采稀有資源。

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