clq
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2020-05-25 17:38:07 发表
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隼鸟2号 -- 日本的小行星探测器
有点吃惊，今天才知道原来日本的空间技术也如此之高了。
隼鸟2号是由日本宇宙航空开发机构研制的小行星探测器。它于2014年12月3日在日本种子岛宇宙中心，由日本三菱重工设计制造的H2A型运载火箭发射升空，开始了奔赴龙宫小行星的旅程。
https://www.zhihu.com/question/27000199
https://www.guancha.cn/lihuichao/2019_03_13_493347.shtml
https://www.zhihu.com/question/308370596/answer/833605658
[图片]
clq
2020-05-25 17:41:13 发表
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1 个回答
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鸑鷟鹓鶵
航天 话题的优秀回答者
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和中国类似：扬长避短。
小行星探测和采样返回目前是日本航天最擅长的部分，不可否认有运气成分，但运气的背后是实力。日本有长达30年左右的深空探测历史并具有采样返回的专长。
[公式]小行星属于C型近地小行星，近日点0.96AU，远日点1.42AU（1AU是日地平均距离），黄道倾角5.88度，可行性比较高，代价比较小
接下来讨论隼鸟2号飞船，隼鸟2号很多技术沿用了隼鸟号，已验证的技术更具有可靠性。
动力方面，不同于隼鸟号采用化学推进和电推进两种方式来互补目前水平的劣势（化学推进推力大但作用时间有限，电推进推力小但作用时间长），隼鸟2号采用4台电推进发动机Ion Engine，大约只需要化学燃料推进的1/10的耗电量。
从图中所示，有四个天线，X波段高中低和Ka波段高增益天线，中低增益天线都是备份用的，其中X波段是专供深空探测的波段，而Ka波段可以提供更高的带宽；
测星器Star Trackers和广角光学导航相机Optical Navigation Camera-Wide也是惯用的星际导航定位的设备；
激光高度计Laser Altimeter协助采样器Sampler Horn判定是否已经接触星体；
近红外分光计Near Infrared Spectrometer通过探测小行星的红外辐射得出小行星表面环境的一些数据，用以分析小行星的物质构成，隼鸟2号也携带有红外热成像仪（下图的Thermal Infrared Imager），两者在隼鸟2号绕行时工作；
分离摄像机Deployable Camera协助返回舱Reentry Capsule与主体分离；
5个着陆标记Target Markers，用于在接触采样及着陆前释放到小行星表面作为标记；
撞击器SCI，重2kg，将以2km/s的速度撞击小行星用于分析更内层的物质，为了便于和小行星的物质进行区别，撞击器采用高纯铜；
RCS 喷嘴Thrust，探测器姿态调整用；
微型着陆车MINERVA-II，自带太阳能电池，利用小行星的微重力和自身的轻巧来在小行星表面运动和拍摄；
德法研制的着陆器MASCOT，设计寿命16小时（两个[公式]天）携带有四台设备：磁力计，广角摄像机，红外显微镜，辐射计；
这次主要的任务和时间是2018-2019年间实现释放着陆车，多次接触式采样和释放撞击期，于大约2020.12左右返回地球
这次飞行有几大关键技术：
1.着陆采样，更准确的说是悬停采样，由于小行星的重力十分微弱，进行接触式采样的难度不小；
2.飞越采样系统，飞行抵近小行星时依然在外部空间收集可能存在的小行星周边物质，隼鸟2号在捕捉面板上采用双层0.01g/mL的气凝胶；
3.样品保存，污染控制，样品保存装置总计小于500g，隼鸟2号采用铝真空罐闩和弹簧双重封印和填充惰性气体的接口；
Ref.
1.JAXA | Asteroid Explorer "Hayabusa2"
2.nasa.gov 的页面
3.DLR - Institute of Space Systems
clq
2020-05-25 17:42:47 发表
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隼鸟2号在3亿公里外将登陆一个小天体并取样返回，嫦娥4号登陆月球背面，距离地球36~40万公里，两个项目都是全世界首次，那么它们哪个技术含量更高？
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等你到荼蘼
等你到荼蘼
嫦娥4号难，因为月球软着陆比小行星软着陆难得多，印度，以色列登月都失败了。微小行星软着陆基本相当于航天器对接，因为其引力基本可以忽略。当然前提是你有深空探测网支持，日本可以用美国的。
编辑于 2019-09-24
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天才琪露诺
天才琪露诺
航天 话题的优秀回答者
客观对比的话，大概你会得到这样的一张表——
隼鸟二号 VS 嫦娥四号（部分类目含鹊桥）
与地球距离：3亿公里 VS 约40万公里
任务时长：5-6年（2014年底-2020） VS 3-4年（嫦娥三号为31个月，已考虑适当延寿）
轨道环绕速度：<1m/s （20km高度）VS ~1680m/s（取最近处约15km高度）
落区范围：边长~6米 VS 边长十几公里
再入地球：是 VS 否
探测器全重：609公斤 VS ~3800公斤（着陆器，含140公斤月球车）&448公斤（鹊桥）
主要载荷：
光学相机、近红外光谱仪、热红外成像仪、激光高度计、弹射式采样杆及配套组件、标记球x5、巡视器x2、着陆器x1、135mm自锻成型炮弹x1、8mm子弹xN以及配套的组件
VS
着陆器系统载荷：降落相机、地形地貌相机、激光测距仪、激光三维成像仪、低频射线频谱仪、月表中子与辐射剂量探测仪（德制）、中性原子探测仪（瑞典制）、低频射电探测仪（荷制）、小型光学成像仪（沙特制）、同位素热源、微生态系统科普载荷
&巡视器系统载荷：全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、中性原子探测仪
&中继星系统载荷：光学相机、低频射电探测仪、大孔径角锥反射镜
以及配套的组件
任务亮点：地外小行星采样返回 VS 月球背面着陆，地月L2点中继通信
经过了这些对比之后，你会发现这两个技术难度从不同的层次上来看显然是不一样的。
从距离上看，隼鸟二号的距离更远，通讯延迟达到了一个相当的地步，因此其自主性要求更高；但考虑到地月的通讯延迟问题，实际上也需要具有相当的自主性，特别是在下降段的要求更高，否则任务就有较高的失败风险。同时，漫长的距离对测距精度的要求更高，虽然有NASA协力，但既然讲任务性质，依然需要考虑这部分因素，因此总体上看隼鸟二号更胜一筹。
从任务时长上看，越长的任务时间对航天器的可靠性要求更高。不过如果给点力，让“鹊桥”服役5年帮一把美国人的话，嫦娥四号的场子就又能找回来了。不过考虑到“隼鸟”有大部分的时间是在奔向目标星球以及返航，这段时间往往会休眠；而嫦娥四号又有一半的时间在过月夜，也是休眠，因此实际上真正工作的时长到底谁更长也不好说。就在这里认为隼鸟二号更胜一筹。
轨道环绕速度跟落区范围需要着重提一下。有些人可能认为嫦娥四号的落区范围大，因此就比不过隼鸟二号。其实不然，这个问题需要考虑很多方面的因素。如果一个探测器的轨道速度比较大，那么在时间误差一定的情况下，其预定落区的范围自然就比较大。将这个因素划入考量范围的话，两者其实也差不太多。此外，下降点高度由于会有后续悬停的计划，也会不断发生变化。隼鸟二号在500米高度、45米高度、8.5米高度左右进行悬停避障，嫦娥四号在100米高度左右，此时基本上大局已定，后续的操作是精避障。因此在这里的话二者可以说是不分伯仲，任务性质的不同，天体特点的不同都将导致避障策略的不同。
在整个任务中，隼鸟二号还需要再入大气层，同时综合考虑任务载荷以及探测器尺寸，隼鸟二号在系统的集成度以及系统小型化方面无疑是十分顶尖的。从载荷的创（nao）新（dong）性上看，隼鸟二号也是敢做一些尝试，使用了一些特殊的探测技巧，相比而言嫦娥四号就显得比较中规中矩，不过大身板有大身板的好处，嫦娥四号系统能够携带更多的科学仪器实现现场原位勘测，而且其中含有相当的国际科研载荷，甚至还有余量携带一个科普载荷，发挥了自身的优势。算上“鹊桥”系统的话，基于地月L2点的中继通讯的难度也比较大，因此在科研载荷以及任务复杂度上而言，二者可以认为是不分伯仲。
因此从以上的内容来看，隼鸟二号的技术难度要相对更大一些，但双方的任务属性其实并不太一样，且中日两国的航天战略也有着本质的不同，我国的航天战略相对要更全面，而日本的航天战略适配自身发展需求，专精几点。相信在未来，我们不仅也会开展小行星探测的航天活动，同时也将继续密切与周边航天国家的沟通合作，共同和平利用太空。（评价度+100）
发布于 2019-10-03
风流客
风流客
客观的说，隼鸟2号难度更大。
大致说一下任务过程：
隼鸟2号于2014年12月3日在日本种子岛宇宙中心，由日本三菱重工设计制造的H2A型运载火箭发射升空。
2018年6月27日抵达距龙宫22公里的位置，开始对其进行环绕侦测，为期近3个月。9月21日，隼鸟2号向小行星龙宫释放了两个直径约为18cm，高约为7cm的圆柱形微型探测器：MINERVA-II1A和MINERVA-II1B，对小行星表面的土壤特性开展研究并传回数据。
10月3日，隼鸟2号再次向龙宫表面投放一个方形的MASCOT微型着陆探测器，这个探测器没有轮子，仅靠其内部的一个摆臂进行移动，并用其携带的磁力计，广角摄像机，红外显微镜和辐射计在16小时的寿命内对龙宫表面的地形地貌进行更为细致的侦测并将数据传回隼鸟2号。
探测完毕后隼鸟继续环绕侦测寻找合适的着陆地点，最终选定了一块半径3米的无大块岩石的区域L08-E1，随后开始三次演习着陆采样，2018年10月24日-26日第三次演习期间隼鸟投放了一个标记球用以测量龙宫的引力场并辅助定位。
东京时间2019年2月21日开始正式着陆采样。隼鸟2号用其底部的一个约一米多长的采样杆在离圆心1米左右的位置触到了龙宫表面，与此同时采样杆内置的枪管以300m/s初速度打出一颗5g钽制子弹激起表层岩块，采样杆迅速收集后隼鸟2号自主上升，整个过程仅用1秒。此次采样获取了龙宫表层的物质。
2019年4月5日，隼鸟2号发射了一枚铜质炮弹碰击器。在龙宫表面炸出一个约200cm直径的深坑。5月份投下第二个标记球。7月11日10时，隼鸟2号再次对龙宫小行星进行了采样。此次采样杆触地后释放一股高压氮气，吹起地面碎石横溅并收集样品，随后隼鸟2号迅速上升。此次采样获取了龙宫内部最原始的深层物质。
隼鸟2号将在2019年12月，启程返航。预计在2020年12月抵达地球附近，将16公斤重的样品返回舱投送回地球。而隼鸟2号则依靠剩余的氙气推进剂向另一颗小行星2001WR1飞去，预计在2023年6月27日左右飞越这颗小行星。
由于龙宫距离地球有约3亿多公里，是地月平均距离的几百倍，即便是光也得走几十分钟，如此距离使得信息传递存在着巨大延迟，人为操作根本无法进行，所以以上所有探测采样的【过程】全部由隼鸟2号自主完成。
嫦娥4号的成就举世共睹，不做赘述。但客观比较，隼鸟2号在任务和操作难度要更加大。按中国月球探测工程“绕、落、回”三步走的发展思路，嫦娥4号尚处第二步阶段，还不具有采样返回的能力；考虑到距离的对比，再联系到探测器的质量，日本的深空探测技术亦可见一斑。
————————————————————————
补充:
关于两者软着陆的问题，我觉得就好比是把“从1000米外射足球进门(隼鸟)和在后场投篮球进篮(嫦娥)”来进行比较，主要的差别是龙宫距离远但引力小，月球引力大距离近（相对上）。虽说都是着陆但两者有太多参数不统一，各有千秋，不好直接比较。
嫦娥4号的软着陆本身只是常规操作，难点是因在月球背面导致的通讯问题，所以有鹊桥中继星，是全球首个地轨之外的中继卫星，这算是对我国深空通讯技术不足的一个很好的解决方案。
另一方面，我以为龙宫的引力小反而是隼鸟2号需要克服的一个难点，这直接关系到任务的核心：采样。具体参看一下隼鸟2号的两次“暴力”采样就知道了。
编辑于 2019-11-27
clq
2020-05-25 17:44:10 发表
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隼鸟2号拍摄的龙宫小行星图像
clq
2020-05-25 17:46:36 发表
编辑
探测的糸川小行星
“
目前的理论认为，小行星和太阳系的其他天体是在同一时期形成的。在46亿年前的太阳系形成早期，固体物质不断从太阳系中凝聚出来，形成行星子。有些行星子被大行星捕获，成为大行星的一部分，有些则不断增长形成小行星。因此，小行星的探测可以使我们更清楚地了解太阳系起源的奥秘。此外，有理论认为，地球上构成生命的化学物质是由小行星产生的陨石和彗星、宇宙尘埃带入地球的，探测小行星还有助于进一步搞清地球生命起源的问题。更有人认为，有些小行星富含地球缺乏的珍贵矿产资源，因此一些国家已经启动小行星采矿计划。
1991年，探测木星的“伽利略号”飞船在途中飞掠探测了GASPRA小行星，进行了航天器对小行星的首次探测。1996年2月，美国NEAR探测器则飞抵433号小行星“爱神星”，进行了环绕和着陆探测，测量了爱神星的大小、形状、质量分布、磁场、化学成分和矿物质分布等特征。而日本的“隼鸟号”探测器，则把小行星探测带入了取样返回探测的新阶段。
”
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