立即下载 知乎日报 每日提供高质量新闻资讯

先是冲我打了一枪,然后还要开炮,人类也太凶残了吧

图片:JAXA

haibaraemily,公众号haibaraemily_planets

今年 2 月底,隼鸟 2 号向小行星龙宫开了一枪,然后顺利采集到了龙宫的样本(前情提要:电光火石,短兵相接!隼鸟 2 号第一次龙宫采样全记录)。

 

如果你觉得打一颗 5 克重的子弹已经够“暴力”的了,那可就太小看隼鸟 2 号了。真正暴力的,还在后面呢。

得“寸”进“尺”

 

北京时间 2019 年 4 月 4 日(今天)中午 12:00,隼鸟 2 号开始下降,并将于明天(4 月 5 日)上午 9:56 向小行星龙宫开炮投下撞击器(SCI)

 

撞击器(SCI)整体呈圆锥形,底部直径 0.3 米,释放之前外面会套着一个罩子。

撞击器(SCI)的位置(左)和实物(右)。来源:JAXA[3, 4]

 

隼鸟 2 号投下撞击器并采样的假想图▼

https://www.zhihu.com/video/1097242994004135936

来源:JAXA[1]

 

这枚总重达 14 公斤的撞击器,其中有9.5 公斤都是炸药(环四亚甲基四硝胺(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)),只有最底端有一块厚约 5 毫米、重 2 公斤的纯铜质薄板——这是最终会撞上龙宫的肇事者。之所以用纯铜作为撞击体,也同样是处于防止样本被污染的考虑。

撞击器内部组成和结构。来源:JAXA[4]

 

那所以是一块直径 0.3 米,厚 5 毫米,重 2 公斤的铜板 pia 上龙宫表面的么?不是的…随着炸药的引爆,铜板会在 0.001 秒里迅速被加速到 2 公里 / 秒

 

在这个加速过程中,铜板会在极短的时间里发生变形迅速“缩成”一颗炮弹

铜板加速过程中的变形,注意铜板一开始会先改变凹凸的朝向。来源:JAXA[3, 5]

 

计划投下“炸弹”的位置▼

(左)第二次着陆采样区域依然在赤道上,红点 S01 处,红色虚线圈中是第一次着陆采样区“玉手箱采样区”。(右)计划投下撞击器的位置。来源:JAXA[2]
S01 区域的高清细节,ONC-T 相机拍摄于 2019 年 3 月 8 日距离龙宫表面 35 米处。来源:JAXA、东大等[3]

 

虽然目前我们还不知道这颗炮弹会在龙宫闹出多大动静,但还是可以从 2011 年 10 月隼鸟 2 号项目组在地球上做模拟“开炮”实验里想象一二。

炮弹水平射出,打穿障碍物。来源:JAXA[6]

 

炮弹在飞出的瞬间“缩”到直径 0.135 米大小。

撞击试验中子弹飞翔的样子。来源:JAXA[7]

 

炮弹一一击穿数个 4×4 米大的障碍物。

来源:JAXA[3]

 

最终高速撞向 100 米开外、用来模拟小行星龙宫表面的土山上。

来源:JAXA[8]

又想躲开,又想拍下来…怎么办?

 

可以想见,这次“火拼”一定会非常惨烈。当铜炮弹撞上龙宫表面的时候,必然会激起漫天的石块和灰尘——这些都可能撞伤隼鸟 2 号。

 

隼鸟 2 号的解决方案是——惹不起躲得起

 

实际“开炮”的时候,隼鸟 2 号将下降到距离龙宫表面 500 米高处丢下“炸弹”,撞击器从释放到爆炸会隔上 40 分钟,而隼鸟 2 号就会利用这段时间赶紧飞得远远的。

 

嗯,等尘埃落定之后再飞回来采样…

 

BUT,虽然是保命要紧,但这种千载难逢的火拼大戏怎么能不拍下来呢???必须不甘心的呀!

 

怎么办?

 

隼鸟 2 号专门携带了一个用于拍摄这场火拼大戏的相机——分离相机 DCAM3

 

在飞走躲避的过程中,隼鸟 2 号会掐准时间丢下这个分离相机,然后让这个相机来拍摄撞击爆炸全过程,自己则躲得远远的。

隼鸟 2 号投下撞击器之后的躲避计划。来源:JAXA[3]

 

其实,无论是撞出新鲜物质,还是边撞边拍大片儿,这都不是隼鸟 2 号的首创。早在 2005 年,NASA 的彗星探测器深度撞击号(Deep Impact)就曾经成功释放撞击器撞击了坦普尔彗星 1 号的彗核,并同时通过飞掠器对撞击过程进行了跟踪拍摄。不过,撞击 + 跟踪拍摄 + 后续实地着陆采样,这将会是隼鸟 2 号的独家首创

深度撞击号撞击彗星坦普尔 1 号的过程。来源:维基

 

至于隼鸟 2 号这个分离相机为啥叫DCAM3(Deployable Camera 3)嘛…是因为隼鸟 2 号或者之前的隼鸟号带过 DCAM1 和 DCAM2 吗?并不是,其实是 JAXA 在 2010 年和金星任务 Akatsuki 号一同发射的太阳帆任务——IKAROS 上搭载过同款的 DCAM1 和 DCAM2,虽然换了个探测器,但相机的传承还是要接上…

IKAROS 任务的假想图。别怀疑自己的发音,这个缩写就是希腊神话里被太阳烧化了翅膀的伊卡洛斯(Icarus)的意思。这个世界上第一颗以太阳帆为动力的星际空间探测器,于 2015 年 5 月失联。来源:JAXA

 

分离相机 DCAM3 的功能很简单,由三部分组成:分离装置、摄影装置和数据传输装置…分工协作可以说是安排得明明白白的…

 

分离相机 DCAM3 一共有两个镜头

DCAM3-A 相机用于拍摄低分辨率照片,配套的 A 天线会实时把照片无线传回给隼鸟 2 号;

DCAM3-D 相机用于拍摄高辨率数码照片,配套的 D 天线只能非实时把照片无线传回给隼鸟 2 号。

分离相机 DCAM3 的位置和结构。来源:JAXA[3, 4]

 

更绝的是给 DCAM3 相机的分离装置还配了一个监视相机 MCAM…为的是…拍摄分离相机和隼鸟 2 号分离和分离之后的情况…

emmmm…一个为了拍撞击器分离之后的情况而设计的相机,上面又带了一个专门拍摄这个相机分离之后情况的相机…有一种被强迫症支配的恐惧…

想到用小吸尘器清洁大吸尘器的莫妮卡…来源:《老友记》S10E10

 

分离相机 DCAM3 自带电池,可以最多保证3 个小时的拍照和数据传输最远可以向 10 公里外的隼鸟 2 号无线传输讯号。

除了采样,开炮还能干点啥?

 

在爆炸的硝烟平息之后,隼鸟 2 号会飞回“火拼现场”视察。如果这里可以允许隼鸟 2 号安全着陆的话,才会有第二次着陆采样。

 

那么,如果不能采样了,这么折腾一把会不会很浪费?

 

也不会。

 

因为爆炸本身就有足够的科学意义了

 

比如,龙宫这种质地松散、重力又小的小行星被撞了之后会怎么样?溅射物会怎么飞?炸完之后的龙宫表面会多大程度地地动山摇?表面的石块会怎么移动?

 

比如,龙宫地下的物质是什么样的?即使不能采样,也可以拍照看看形态和光谱特征啊。

 

比如,如果撞上了石块,石块会怎样碎裂?

 

比如,会撞出多大的撞击坑?不同颗粒大小、不同孔隙率的表面上,形成的撞击坑也会大小和形态迥异。按照隼鸟 2 号这个撞击器的大小和速度来推测,在龙宫表面形成的撞击坑小到十几厘米,大到 10 米都是有可能的,所以根据撞出的撞击坑的大小和形态,我们可以反推龙宫表面物质的性质。

 

不同质地的表面上会形成不同大小和形态的撞击坑▼

不同质地的表面上的撞击实验。来源:JAXA[9]

 

也会产生不同形态的溅射物▼

不同撞击速度、不同质地的表面上的撞击实验。P 表示孔隙率,Φ代表撞击体直径。来源:JAXA/ 神户大学 Arakawa 实验室[2]

 

总之,这绝不仅仅是一次为了采样而开展的“暴行”,也同样是一次撞击体各种参数充分可控、可测、难能可贵的撞击试验,这次实验本身就会告诉我们许多关于龙宫、关于龙宫这类乱石堆型小行星的秘密了。

亲爱的乙姬公主,我将再次前来,抢拿走龙宫的“宝箱”。——怪盗基德隼鸟 2 号

 

4 月 5 日隼鸟 2 号开炮释放撞击器的日程安排(北京时间)

汉化自:JAXA[3]

 

如果炸完之后的表面还算安全的话,隼鸟 2 号将在5 月以后进行人工撞击坑附近的第二次采样

拓展阅读

不死鸟传奇——“隼鸟”家族的小行星之旅(上)不死鸟传奇——“隼鸟”家族的小行星之旅(下)JAXA 隼鸟 2 号科学仪器全解读 | 视频JAXA 隼鸟 2 号 | 2018 年 7 月进展进击的隼鸟 2 号 | 投下着陆器和巡视器隼鸟 2 号:第三次采样演习顺利完成,第一次着陆采样要延期了JAXA 隼鸟 2 号将于 2 月开展第一次着陆采样为了看懂这个探测器,我学习了一晚上鸟类分类… | 巡视器的命名童话之乡——小行星“龙宫”上的名字《科学》杂志:隼鸟 2 号的“龙宫”探险发现了些什么?电光火石,短兵相接!隼鸟 2 号第一次龙宫采样全记录

 

参考

 

[1] JAXA | 「はやぶさ2」タッチダウン想像図 CG/"Hayabusa2" CG Animation

youtube.com/watch?

[2] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[3] hayabusa2.jaxa.jp/enjoy

[4] global.jaxa.jp/projects

[5] Saiki, T., Imamura, H., Arakawa, M., Wada, K., Takagi, Y., Hayakawa, M., ... & Okamoto, C. (2017). The small carry-on impactor (SCI) and the Hayabusa2 impact experiment. Space Science Reviews, 208(1-4), 165-186.

[6] 「はやぶさ2」衝突装置 爆点の様子 /Hayabusa2 situation of a collision test

youtube.com/watch?

[7] 「はやぶさ2」衝突装置 飛翔体の様子 /Hayabusa2 situation of a collision test

youtube.com/watch?

[8] 「はやぶさ2」衝突装置 着弾の様子 /Hayabusa2 situation of a collision test

youtube.com/watch?

[9] Arakawa, M., Wada, K., Saiki, T., Kadono, T., Takagi, Y., Shirai, K., ... & Hirata, N. (2017). Scientific objectives of Small Carry-on Impactor (SCI) and Deployable Camera 3 Digital (DCAM3-D): observation of an ejecta curtain and a crater formed on the surface of Ryugu by an artificial high-velocity impact. Space science reviews, 208(1-4), 187-212.

 

扫描二维码下载知乎日报

支持 iOS 和 Android
二维码下载知乎日报
阅读更多 中国如何应对美国回归制造业? 下载 「知乎日报」 客户端查看更多