㈠ 亞洲雙花:嫦娥5號和隼鳥2號同期采樣返回,誰更技高一籌
近期兩個人類的探測器將分別攜帶不同的小行星質地樣本返回地球。
日本隼鳥2號已完成6年任務並且於12月6日凌晨降落在澳大利亞南部沙漠;而#嫦娥5號#也早已挖土成功,預計將於12月15日-16日在內蒙古四子王旗著陸,並按原計劃將2千克月球土特產帶回地球。
在此之前,日本的隼鳥2號已經飛行了3億公里,堅持6年之才成功取樣返回地球。 日本此番飛行距離如此之遠,深空測控技術難度如此之大,那對比我們的嫦娥5號又如何呢?
到底是嫦娥5號的采樣難度大,還是日本的隼鳥采樣難度大,今天本文就做一個全面的詳細對比。
日本作為亞洲航空強國,其能力不容小覷。
日本隼鳥2號是人類第一個成功採集小行星地下物質樣本的國家,其實小行星采樣並非第一次,第一次還是日本,那時是隼鳥一號探測器。只是這次的采樣難度更高,通過撞擊獲取了地下物質。
日本此次采樣的小行星「龍宮」1999JU3距離地球3億公里,盡管「龍宮」的直徑只有1公里,但是它卻被廣泛認為含有水和有機物,與46億年前的地球類似,這也就是日本探測器去采樣的目的,這對於研究地球的發展和太陽系演變具有重要意義。
而我國嫦娥5號此次採集月球土壤,除了驗證載人登月技術外,還對月球的起源、月壤的成分以及月球的水和以後組建月球基地都起到了非常重要的意義。
隼鳥2號由日本的H-IIA火箭發射升空,不過「隼鳥2號」探測器的質量只有609千克,單獨用H-IIA發射有點浪費,所以當時H-IIA除了攜帶「隼鳥2號」,還帶有另外3顆衛星。
在我國長征5號出現以前,日本一直占據著亞洲火箭技術的領先地位,比如H-IIB(近地軌道運載能力為19噸)、H-IIA(近地軌道運載能力為15噸),其中發射「隼鳥2號」的火箭就是H-IIA。
我國嫦娥5號由四個部分組成,分別是:著陸器、軌道器、上升器和返回艙,總重8.2噸,由長征5號攜帶升空。
長征5號系列為中國第一個從總體到分系統均採用最新技術的大型液體運載火箭系列,是中國目前研製規模和技術跨度最大的航天運輸系統工程,新技術比例達95%以上。目前是中國現役起飛質量最大、芯級直徑最粗、運載能力最強的火箭,也是亞洲能力最強的火箭。
長征5號是新一代五米直徑低溫液體捆綁式重型運載火箭系列。其到達近地軌道的最大理論載荷為32~33噸,而到達同步轉移軌道的最大有效載荷能力為14.4噸。
隼鳥2號的深空測控由NASA深空網路支持完成,由於地球的自轉,有些時候測控站轉到地球背後就無法持續對探測器進行測控,所以在深空測控這一塊上,無論是日本、還是我國,都需要跟全球測控站進行合作,以達到持續不間斷測控的目標。
但隼鳥2號的測控還面臨一個巨大的問題,由於它到訪的小行星距離太遠,有時候會因為太陽系的自轉,導致探測器被太陽或其它行星遮擋,從而導致測控難度大增。
我國嫦娥5號的測控由歐空局(ESA)協助我國完成,但無論是距離、還是測控難度,顯然都遠不如日本的隼鳥2號。
隼鳥2號的姿態控制吸取了1號的經驗,增加了2個高增益天線、1個測星儀、1個著陸器(MASCOT)和3個巡視器,隼鳥1號在探測「絲川(Itokawa)」小行星時,兩次「觸碰」小行星都出現問題,高度不正確、收集裝置不能正常工作等,其中最大的一次事故就是因為姿態失控失聯了近2個月。
另外隼鳥2號升級了自動和自主控制系統,所以此次任務才得以圓滿完成。
嫦娥5號由於要降落在月球表面,而且是「軟著陸」,所以對測控、姿態控制以及自主控制、避障系統都提出相當高的要求,其難度遠遠大於隼鳥2號。
嫦娥五號探測器在探測月球時,需要利用反推器反推,為了實現安全著陸,嫦娥五號在月球軌道附近實現了兩次「剎車」。第一次剎車是在月球附近時,嫦娥五號點燃3000牛頓推力的火箭發動機進行反推減速,經過17分鍾減速後,嫦娥五號的速度才能降低到被月球引力捕獲的程度,之後月球進入到環月軌道。
在月球表面降落時,又會利用到發動機反推,才能使得嫦娥五號安然無恙地在月球表面著陸。
單獨值得拿出來一說的就是嫦娥的自主避障系統,這跟我國發往火星的天問一號一樣,都採用了自主避障系統,通過接近地面一定高度時減速至「懸停」,然後利用光學相機和激光以及雷達尋找安全的區域進行降落,這可是比美國還先進的姿態控制方式,全球獨一份。
可能很多網友會誤以為隼鳥2號先降落在小行星才採的樣,所以對隼鳥2號贊賞有加,但這里要說的是:隼鳥哦2號並未降落在小行星上,而是在采樣過程中與小行星一起「伴飛」。
日本此次取樣的「龍宮」小行星直徑不到1公里,引力干擾可以說微乎其微。隼鳥2號採用的取樣方式是逐漸接近小行星,在小行星表面精確控制減速到跟小行星同速,相當於「懸停」在小行星上空,然後通過發射重量為5克的鉭質子彈擊中小行星表面,爆炸濺起的塵埃狀物質或碎片被隼鳥2號的取樣機械臂收集到樣本容器里,接下來換地方總共收集3次。
應該說日本這個采樣方式是很有創新性的,「龍宮」小行星由堅硬的岩石組成,為了收集到小行星地下的物質,隼鳥2號採取了撞擊的方式,這樣可以把岩石底下的物質給撞出來,不過缺點就是只能收集到小顆粒粉塵和碎片,而且質量只有100毫克。
嫦娥5號由於月球的巨大引力,有地球的1/6,在采樣前就必須精確地軟著陸月球,不同於隼鳥2號的精確減速,嫦娥5號所需的反推和精確控制能力要遠遠大於隼鳥,才能克服月球的引力。
嫦娥採取了「表取」+「鑽取」兩種取樣方式,利用機械臂對月球表面土壤進行鏟、掘等方式,還能夠利用打孔的方式獲取月球內部的土壤或者岩石,取樣的標本更為豐富,樣本更多。不過就難度和創新性而言,這個環節還是日本的隼鳥難度要更大些。
隼鳥2號由於沒有降落,同時由於采樣的小行星質量過於小,引力影響微乎其微,所以只需稍微點火加力即可離開,不存在什麼技術難度。
重點要說的是嫦娥5號,嫦娥5號由於要先克服月球的引力,所以需要在月球表面進行「無依託」起飛,對自身位置定位、推力大小、交匯軌道的時間和交匯點計算等都提出非常嚴苛的要求。
上升器飛升至月球軌道時還要和軌道器對接,把月壤樣品轉移給返回艙,然後在軌道器的助力下,藉助引力彈弓返回地球,從而把返回艙送回地球。
隼鳥2號在接近地球大氣層時把直徑不到40CM的返回艙卸下,直接丟回大氣層,由於體積和質量不大,所以直接用降落傘就順利回收了,難度並不大。
嫦娥5號的返回艙質量遠大於隼鳥2號返回艙,所以在返回時需要利用「桑格爾/錢學森」彈道進行「水漂彈道」減速,最後利用降落傘才能安全降落。
日本的航天領域實力不容小覷,在長征5號其運載火箭一直是亞洲領先。 不過日本依靠在美國這顆大樹上,既受益同時也受到制約。
所以日本展開的大多是「小而精」、「低成本」、「創新性強」的深空探測任務,很多關鍵技術還是仰仗美國提供。
但我國不同, 我國歷來走的都是「獨立自主」的道路 ,在航空航天領域也是如此,既是逼出來的,也是自己創出來的。所以我國的航天技術都比較全面,從發動機到火箭上的一個小零件都是自主研製,綜合實力要遠遠大於日本。
日本此次的隼鳥2號探測任務有亮點,有難度,但綜合來說只是部分技術上的突破,正所謂 「一枝獨秀不是春」 ;
我國嫦娥5號的探測任務綜合性和全面性比較強,更像是 「百花齊放春滿園」 。
㈡ 日本航天實力雄厚,為何不奔赴月球取月土往返,而是發射隼鳥2奔上億公里
盡管比不上中美俄歐,不過日本的航天實力的確不俗。從可以發射小行星探測器,並讓它取樣後返回,就可以看得出來。
只可惜的是,日本並沒有突破落月的關鍵技術,那就是變推力著陸發動機。沒有可用的變推力著陸發動機,那自然無法實現落月取樣了。所以說,日本也就是被卡在變推力發動機上了。
也就是說,日本只是製造了隼鳥2號小行星探測器,而其他的通信等全靠美國的支持。上文也提到了,落月和落小行星的難度並不在一個直線上。可以說,兩者的難度就是不同種類,也無法進行鮮明的對比。
而日本正是,沒有突破變推力發動機的技術壁壘,所以才無法進行落月取樣。而在美國深空探測網的支持下,也就可以進行小行星取樣。如果沒有美國深空測控網的支持,估計根本就無法跟蹤找到龍宮小行星的位置,那就更不用提采樣返回了。
㈢ 日本航天實力雄厚,為何不去月球,而發射隼鳥2奔3.5億公里
前一段時間,在中國的嫦娥5號採集到月壤返回的同時,日本的隼鳥二號也從3億公里外的「龍宮」小行星挖土回來了。
由此可見,日本的航天技術也非常強大,也已經能進行系外采樣了!但是為什麼日本要選擇將隼鳥二號送上小行星去採集岩石樣本,而不去月球上採集樣本呢?
隼鳥二號於2014年12月在日本鹿兒島縣種子島宇宙中心由H-2A火箭發射升空,2018年6月抵達距離小行星「Ryugu(龍宮)」的預訂軌道。
據了解,這顆「龍宮」小行星距離地球大約3億公里,所以此次隼鳥二號僅單程的飛行時間就用了3年半,直徑大約只有1公里,特別小,所以它的逃逸速度只有1m/s,屬於C類小行星,即是含碳為主的,是最常見的小行星類型(近地小行星),這也就是說它的軌道會穿越地球軌道,因此它有和地球相撞的可能性。
2019年2月,隼鳥二號首次在「龍宮」著陸並收集了地表樣本,還發現了水合礦物質;2019年4月,隼鳥二號對「龍宮」發射了一枚金屬彈並製造出了一個大約直徑10米的撞擊坑,然後對其收集樣本於2019年11月離開「龍宮」。
2020年12月6號,隼鳥二號小行星探測器返回地球,降落於澳大利亞西南部的沙漠中,但這並不是隼鳥二號的終點,因為隼鳥二號在完成「龍宮」小行星取樣後又點火離開了地球,計劃在2026年和2031年再訪問另外兩顆小行星。
其實日本早在2003年就已經發射了「隼鳥號」的小行星探測器,目的是為了採集距離地球約0.7億公里的絲川小行星的樣本返回地球,中間經歷了各種困難和挫折,終於在2010年6月成功將微量樣品帶回地球,而此次隼鳥二號探測器的成功返回,使日本成為了世界上第一個成功完成兩次小行星取樣返回的國家。
在小行星探測方面,日本展現一流的技術,首先是在取樣深度方面,隼鳥二號就實現了對小行星地表和地表以下兩個不同深度的取樣;其次是在空間技術方面,日本在衛星通信、自動控制、圖像處理、高精度感測器、耐熱密封艙等領域都展現出了較高的技術操作水平。
最後是在經濟性方面,NASA的「奧西里斯-雷克斯」項目總費用花費了大約10億美元,而日本的隼鳥二號費用還不到美國的三分之一,就取得了世界性的成功,很好的體現了經濟性。
由此可見,日本的科學技術和航空技術方面都很先進,在全球也是排得上號的。
日本其實有過登月計劃,並期望在1995年就發射月球登陸器,但是之後歷時十七年還是沒有成功,此後日本再也沒有對月球進行過探測,由此可見日本在登月的核心技術上應該遇到了瓶頸。
首先是火箭技術和探測器質量,日本在發射隼鳥二號時的火箭是H-IIA(近地軌道運載能力為15噸),而隼鳥二號的重量只有609公斤,用H-IIA火箭發射有點浪費,所以當時H-IIA火箭發射的時候不僅攜帶了隼鳥二號探測器,而且還有3顆衛星。
另外隼鳥二號探測器結構相對簡單,不具備重回地球的能力,因此它收集到的小行星樣本只能拋向地球;反觀我國的嫦娥五號,由長征五號運載火箭(近地軌道運載能力達到25噸)發射,秒殺了日本H-IIA火箭,而且作為全球目前最重的無人月球探測器,我國嫦娥五號探測器總質量8.2噸,由軌道器、上升器、返回器、著陸器四大部分構成。
其次是技術操作難度方面,月球的引力大約為地球的1/6,而且月球上沒有大氣層,所以對於航天器的降落來說是一個巨大的挑戰,但嫦娥五號實現了我國首次月面采樣與封裝、月面起飛、月球軌道無人交會對接、攜帶樣品半彈道跳躍式再入返回等多項技術的重大突破。
再來看日本隼鳥二號的龍宮小行星直徑大約才1千米,重力幾乎都可以不計,由此也可以看出嫦娥五號的技術操作難度明顯要比隼鳥二號的大。
最後就是取樣方式,隼鳥二號取樣方式是在靠近小行星表面後,通過發射金屬彈到小行星表面,將爆炸濺起的塵埃狀物質或碎片由取樣機械臂收集到樣本容器里,然後換地方,重復操作,進行3次;
而嫦娥五號採用了兩種挖土方式,一是通過機械臂上的「鏟子」工具直接在月球表面進行取樣,二是鑽取月球表面下數十厘米內的物質,所以隼鳥二號的樣本重量不及嫦娥五號。
但是日本的隼鳥二號在太空飛行了6年,行程來回大概有60億公里,在飛行路程上也是很了不起的,而且日本隼鳥二號帶回的地月系以外的小行星碎石也是很有研究價值,尤其是對研究約46億年前地球誕生時的一個狀態,因此日本隼鳥二號還是蠻厲害的。
㈣ 日本探測小行星的隼鳥2號計劃攜帶開採的樣本為什麼會降落澳大利亞沙漠呢
日本小行星取樣任務項目組官方發布信息,他們將返回珍貴的取樣樣品,預計12月份返回澳大利亞。
隼鳥2號的導航攝像頭在2019年7月10日登上了龍宮星小行星的表面之後,拍下了上圖。隼鳥2號的下面,組裝有2台漫遊機器人MINERVA-II1和MINERVA-II2.隼鳥2號的2台漫遊機器人,它們並不是常規地用輪子移動。它們是通過旋轉內部的一個扭矩產生器,而進行跳躍前進。每個漫遊機器人有18厘米寬,7厘米高,重1.1千克。它們通過控制頂部轉盤的方向,來控制跳躍的方向。
㈤ 日本成功登陸52億公里外的小行星,這一技術,比登月難度大嗎
日本登上小行星了?這恐怕是很多人都不知道的事情,因為在大家的印象里,太空事業之前一直被美蘇把持著。 蘇聯解體之後, 美國航天 一直一枝獨秀,它是唯一集齊八大行星照片的國家,甚至連被除名的 冥王星 的照片都有。
近年來,中國航天事業取得了快速發展, 我們先後完成了 空間站 、探月以及火星探測,成為了當今世界航空航天的新興力量。 至於日本,似乎更像是航天的邊緣國家,很少聽說它們在太空領域取得了什麼發展。
那麼,日本登陸的小行星到底是哪顆?既然能夠成功登上小行星,為何他們不先登月呢?
隼鳥2號 是日本為了 探索 龍宮小行星專門發射的探測器,於2014年12月3日發射,歷時4年飛行,抵達小行星龍宮(編號1999 JU3)。 隼鳥2號投放探測器,在龍宮上採取了岩石樣本, 並於2019年返回,於2020年返回地球,將樣本降落在了澳大利亞南部。
然而隼鳥探測器並沒有完全回來,攜帶樣本的是返回艙, 它的探測部分還將利用剩餘的燃料前往下一個小行星1998KY26,預計2031年到達。
隼鳥2號 成功著陸小行星並成功攜帶樣本返回,對於全人類來說具有重要意義 ,因為這代表人類以後可以對小行星進行開采。
整個太陽系中數量最多的天體就是小行星, 人類已知的就有超過10萬顆,科學家估計太陽系的小行星數量大約在100萬顆左右。
對於日本取得這樣的成就,中國方面也是送上祝賀,畢竟這是人類小行星技術的一大進步。 但是很多人會覺得奇怪,龍宮小行星距離地球52億公里,遠超過了地球與月球的距離, 既然日本能夠成功登陸小行星,為何不先一步登陸 月球 呢?
恐怕很多人並不知道, 日本有自己的登月計劃,並且圍繞月球的探測器中,有一枚是日本的。
2007年9月14日, 日本發射了 月亮女神探測器 ,上面攜帶了15個探測儀器,准備對月球進行一次全方位的 探索 ,這是日本第一次發射月球探測器。
上個世界60年代,美國的阿波羅計劃將人類的登月計劃做到了極致, 50多年的時間過去了,登上過月球的航天員有且只有 美國 的。 受到美國阿波羅計劃的啟發, 1999年,日本決定開啟自己的 登月計劃 ,命名為「月亮女神」。 原本計劃在2006年就發射,由於出現了故障,計劃被迫推遲到了2007年。
2007年10月24日,中國發射了 嫦娥一號 月球探測器,可以說從時間上來看,二者幾乎是同時開始的探月計劃。 然而差不多15年過去了, 中國已經成功將月球土壤帶回地球,日本的探月計劃幾乎是在原地踏步 。可以說中國探月技術領先日本一大截。
另一方面,他們在小行星技術方面取得了巨大的進步,隼鳥2號實現了人類第一次登陸C型小行星。 從這一點看,日本的小行星探測技術超過了中國。 那麼日本為何會放棄發展自己的登月計劃,而轉投小行星的懷抱?登陸小行星技術比登月難度更大嗎?
首先我們要清楚,登月和登小行星完全是兩種概念,因此技術沒有可比性。 日本隼鳥2號 的成功只能說明它的小行星技術成功,但不能說它的這個技術就比中國的探月先進,對比也要是同目標來看待。 日本能登上小行星,不代表它能登上月球,因為在這過程中,需要克服的難題是不一樣的。
月球屬於地球的體系裡面,想要登陸月球,不僅要考慮月球本身的引力,還有地球引力的影響。 而小行星所處的環境復雜,周圍密密麻麻全是其他小行星,如何精確定位是關鍵。 而且小行星極易受到更大天體的影響,說不定還沒有到達,它就被擠出了軌道。 地球和月球在 歷史 上沒少被小行星撞擊, 其中最著名的一次就是白堊紀末的那顆,直接導致 恐龍 王朝被攔腰折斷。
月球 的表面積更大,因此需要對月球上的每個地方都做好研究,這需要付出時間、人力以及大量的經費。 我國有強大的經濟作打底,因此可以在探月上放手一搏。 而日本的經費緊張,他們需要將錢花在刀刃上,探月是一個長期的過程,他們沒有那麼多資金在這上面。 小行星的面積小,可以定好目標之後,專注進行。
作為一個小國,日本沒有美蘇中的充足經費,如果它想要在航空航天上取得成績,就必須另闢蹊徑。 當大國的目標都在大型天體上時,它選擇了小行星。
蘇聯解體以後,太空不再處於兩極分化的狀態,越來越多的國家加入到了探尋之中 ,除了大家熟知的美國 NASA ,還有歐盟的歐空局ESA、日本的JAXA以及中國的國家航空局。 由於很多領域已經被美蘇捷足先登,我們不得不尋找新的拓展空間, 比如 嫦娥五號 的著陸地點是在月球背面,之前從未有探測器到達過。
歐空局則選擇與美國合作,最具代表的計劃就是卡西尼—惠更斯號探測器。 日本航天局想要在這些力量中脫穎而出, 就必須選擇一個之前無人踏足的,於是他們找到了小行星1999 JU3,又名 龍宮 。 決定在這上面進行嘗試,最後獲得了成功。
很早之前就有科學家預測,未來的地球會擁擠不堪,資源也支撐不過百年,因此,太空才是未來人類的生活空間。著 名物理學家霍金在去世前也說過,人類最終會離開地球,前往宇宙開始移民。 這是新時代的「大航海運動」,誰先抓住了太空,誰就抓住了未來。 因此很多國家投入了大量的精力在 航空航天 上,就連印度都沒有放過這輪風口。
我國在 歷史 上錯過了大航海時代、錯過了兩次工業革命,結果在近代得到了慘痛的教訓。 新中國成立後, 我國積極開展航空航天計劃,在1970年完成了第一枚人造衛星的發射。 從那之後,中國躋身世界航空強國之列,直到今天, 中國已經完成了當年制定的計劃,准備向著更遠的目標前進,這一次我們不會再錯過。
人類從非洲一隅出發,到足跡遍布世界,用了大約10萬年,而人類從站在地上 仰望星空 ,到飛向太空觸摸星辰,100年的時間都不到。 人類發展得越快,所需要的能源就越多,可地球目前所存在的化石能源,是完全不夠未來使用的。
化石能源是地球在5億年的時間里,通過能量轉換,將曾經的古生物的能量封存在地殼中。 人類將這些能量釋放了出來,造成了大氣中二氧化碳的增長。 我們不僅面臨資源短缺,還面臨環境惡化,全球變暖。 今天的 地球 是人類的搖籃,明天的地球可能就是人類的地獄。
人類是 太陽系 唯一的文明體,可是根據文明等級,我們連最初級都沒有達到, 科學家預測人類還有大約200年的時間達到一級文明,然而地球上的能源只夠人類再使用50年。 人類看似時間很充裕,其實已經到了生死存亡的地步,無法徹底解決能源問題,我們就無法繼續文明。
每一個國家在太空中取得的進步,對於全人類都是一次機會,不管是中國的嫦娥計劃,還是日本的隼鳥2號。 由於兩者的目標不盡相同,因此相互比較難度沒有任何意義。 宇宙「大航海」與 歷史 上的大航海不一樣,它帶來的不是掠奪與殖民,而是新的新的希望。
不管是38萬公里的 月球 ,還是52億公里的小行星,都是人類未來的候選, 因此有成功是值得慶祝的,因為受益的是全人類。
㈥ 嫦娥5號歸來之際,日本隼鳥2號帶著龍宮小行星采樣回到地球
澳大利亞東部時間12月6日凌晨, 日本」隼鳥2號「( Hayabusa-2 )小行星探測飛船, 攜帶從小行星"龍宮"(162173 Ryugu)上採集的樣本在經過接近兩年的飛行後,終於成功回到地球。樣本的密封艙成功降落在南澳大利亞的沙漠中。
回收團隊很快根據密封艙的定位信息找到了紅色沙地中的采樣密封艙。並安全轉移到了准備好的運輸箱中。
執行採集任務的太空探測器 "隼鳥2號 "已經在返回地球的途中航行了一年多時間。
「隼鳥2號」 在小行星」龍宮「成功采樣後將樣本存放在一個著陸密封艙,並攜帶該密封艙飛回地球,在離地球約22萬公里,「隼鳥2號」探測器釋放著陸密封艙,著陸密封艙繼續飛往地球,而分離後的「隼鳥2號」將繼續飛行的進行太空探測任務, 預計將在2031年左右抵達一顆編號為1998KY26的小行星進行探測任務。
隼鳥2號2014年12月從日本鹿兒島縣種子島宇宙中心發射升空,2018年6月飛抵距離地球約3億千米的目標小行星「龍宮」附近,並對「龍宮」進行了全面的信息採集。
2019年4月,隼鳥2號利用探測器上的釋放的一顆小型炸葯彈丸,在小行星「龍宮」上製造了一個直徑達10米的撞擊坑,小行星內部物質在撞擊後四處飛散。
但是由於撞擊坑地形不平坦導致著陸困難,隼鳥2號只好放棄了在撞擊坑上采樣的計劃,而轉向了是距撞擊坑約20米的一處地點。日本航天專家通過模擬預計,采樣點因撞擊而產生的小行星內部物質堆積厚度超過1厘米。
「龍宮」小行星( (162173 Ryugu) )是 1999年5月10日由美國林肯實驗室的發現的一顆阿波羅型近地小行星。
」龍宮「 小行星屬於一種岩石天體, 直徑約1千米,它被認為含水和有機物,與約46億年前地球誕生時的狀態相近。