㈠ 亚洲双花:嫦娥5号和隼鸟2号同期采样返回,谁更技高一筹
近期两个人类的探测器将分别携带不同的小行星质地样本返回地球。
日本隼鸟2号已完成6年任务并且于12月6日凌晨降落在澳大利亚南部沙漠;而#嫦娥5号#也早已挖土成功,预计将于12月15日-16日在内蒙古四子王旗着陆,并按原计划将2千克月球土特产带回地球。
在此之前,日本的隼鸟2号已经飞行了3亿公里,坚持6年之才成功取样返回地球。 日本此番飞行距离如此之远,深空测控技术难度如此之大,那对比我们的嫦娥5号又如何呢?
到底是嫦娥5号的采样难度大,还是日本的隼鸟采样难度大,今天本文就做一个全面的详细对比。
日本作为亚洲航空强国,其能力不容小觑。
日本隼鸟2号是人类第一个成功采集小行星地下物质样本的国家,其实小行星采样并非第一次,第一次还是日本,那时是隼鸟一号探测器。只是这次的采样难度更高,通过撞击获取了地下物质。
日本此次采样的小行星“龙宫”1999JU3距离地球3亿公里,尽管“龙宫”的直径只有1公里,但是它却被广泛认为含有水和有机物,与46亿年前的地球类似,这也就是日本探测器去采样的目的,这对于研究地球的发展和太阳系演变具有重要意义。
而我国嫦娥5号此次采集月球土壤,除了验证载人登月技术外,还对月球的起源、月壤的成分以及月球的水和以后组建月球基地都起到了非常重要的意义。
隼鸟2号由日本的H-IIA火箭发射升空,不过“隼鸟2号”探测器的质量只有609千克,单独用H-IIA发射有点浪费,所以当时H-IIA除了携带“隼鸟2号”,还带有另外3颗卫星。
在我国长征5号出现以前,日本一直占据着亚洲火箭技术的领先地位,比如H-IIB(近地轨道运载能力为19吨)、H-IIA(近地轨道运载能力为15吨),其中发射“隼鸟2号”的火箭就是H-IIA。
我国嫦娥5号由四个部分组成,分别是:着陆器、轨道器、上升器和返回舱,总重8.2吨,由长征5号携带升空。
长征5号系列为中国第一个从总体到分系统均采用最新技术的大型液体运载火箭系列,是中国目前研制规模和技术跨度最大的航天运输系统工程,新技术比例达95%以上。目前是中国现役起飞质量最大、芯级直径最粗、运载能力最强的火箭,也是亚洲能力最强的火箭。
长征5号是新一代五米直径低温液体捆绑式重型运载火箭系列。其到达近地轨道的最大理论载荷为32~33吨,而到达同步转移轨道的最大有效载荷能力为14.4吨。
隼鸟2号的深空测控由NASA深空网络支持完成,由于地球的自转,有些时候测控站转到地球背后就无法持续对探测器进行测控,所以在深空测控这一块上,无论是日本、还是我国,都需要跟全球测控站进行合作,以达到持续不间断测控的目标。
但隼鸟2号的测控还面临一个巨大的问题,由于它到访的小行星距离太远,有时候会因为太阳系的自转,导致探测器被太阳或其它行星遮挡,从而导致测控难度大增。
我国嫦娥5号的测控由欧空局(ESA)协助我国完成,但无论是距离、还是测控难度,显然都远不如日本的隼鸟2号。
隼鸟2号的姿态控制吸取了1号的经验,增加了2个高增益天线、1个测星仪、1个着陆器(MASCOT)和3个巡视器,隼鸟1号在探测“丝川(Itokawa)”小行星时,两次“触碰”小行星都出现问题,高度不正确、收集装置不能正常工作等,其中最大的一次事故就是因为姿态失控失联了近2个月。
另外隼鸟2号升级了自动和自主控制系统,所以此次任务才得以圆满完成。
嫦娥5号由于要降落在月球表面,而且是“软着陆”,所以对测控、姿态控制以及自主控制、避障系统都提出相当高的要求,其难度远远大于隼鸟2号。
嫦娥五号探测器在探测月球时,需要利用反推器反推,为了实现安全着陆,嫦娥五号在月球轨道附近实现了两次“刹车”。第一次刹车是在月球附近时,嫦娥五号点燃3000牛顿推力的火箭发动机进行反推减速,经过17分钟减速后,嫦娥五号的速度才能降低到被月球引力捕获的程度,之后月球进入到环月轨道。
在月球表面降落时,又会利用到发动机反推,才能使得嫦娥五号安然无恙地在月球表面着陆。
单独值得拿出来一说的就是嫦娥的自主避障系统,这跟我国发往火星的天问一号一样,都采用了自主避障系统,通过接近地面一定高度时减速至“悬停”,然后利用光学相机和激光以及雷达寻找安全的区域进行降落,这可是比美国还先进的姿态控制方式,全球独一份。
可能很多网友会误以为隼鸟2号先降落在小行星才采的样,所以对隼鸟2号赞赏有加,但这里要说的是:隼鸟哦2号并未降落在小行星上,而是在采样过程中与小行星一起“伴飞”。
日本此次取样的“龙宫”小行星直径不到1公里,引力干扰可以说微乎其微。隼鸟2号采用的取样方式是逐渐接近小行星,在小行星表面精确控制减速到跟小行星同速,相当于“悬停”在小行星上空,然后通过发射重量为5克的钽质子弹击中小行星表面,爆炸溅起的尘埃状物质或碎片被隼鸟2号的取样机械臂收集到样本容器里,接下来换地方总共收集3次。
应该说日本这个采样方式是很有创新性的,“龙宫”小行星由坚硬的岩石组成,为了收集到小行星地下的物质,隼鸟2号采取了撞击的方式,这样可以把岩石底下的物质给撞出来,不过缺点就是只能收集到小颗粒粉尘和碎片,而且质量只有100毫克。
嫦娥5号由于月球的巨大引力,有地球的1/6,在采样前就必须精确地软着陆月球,不同于隼鸟2号的精确减速,嫦娥5号所需的反推和精确控制能力要远远大于隼鸟,才能克服月球的引力。
嫦娥采取了“表取”+“钻取”两种取样方式,利用机械臂对月球表面土壤进行铲、掘等方式,还能够利用打孔的方式获取月球内部的土壤或者岩石,取样的标本更为丰富,样本更多。不过就难度和创新性而言,这个环节还是日本的隼鸟难度要更大些。
隼鸟2号由于没有降落,同时由于采样的小行星质量过于小,引力影响微乎其微,所以只需稍微点火加力即可离开,不存在什么技术难度。
重点要说的是嫦娥5号,嫦娥5号由于要先克服月球的引力,所以需要在月球表面进行“无依托”起飞,对自身位置定位、推力大小、交汇轨道的时间和交汇点计算等都提出非常严苛的要求。
上升器飞升至月球轨道时还要和轨道器对接,把月壤样品转移给返回舱,然后在轨道器的助力下,借助引力弹弓返回地球,从而把返回舱送回地球。
隼鸟2号在接近地球大气层时把直径不到40CM的返回舱卸下,直接丢回大气层,由于体积和质量不大,所以直接用降落伞就顺利回收了,难度并不大。
嫦娥5号的返回舱质量远大于隼鸟2号返回舱,所以在返回时需要利用“桑格尔/钱学森”弹道进行“水漂弹道”减速,最后利用降落伞才能安全降落。
日本的航天领域实力不容小觑,在长征5号其运载火箭一直是亚洲领先。 不过日本依靠在美国这颗大树上,既受益同时也受到制约。
所以日本展开的大多是“小而精”、“低成本”、“创新性强”的深空探测任务,很多关键技术还是仰仗美国提供。
但我国不同, 我国历来走的都是“独立自主”的道路 ,在航空航天领域也是如此,既是逼出来的,也是自己创出来的。所以我国的航天技术都比较全面,从发动机到火箭上的一个小零件都是自主研制,综合实力要远远大于日本。
日本此次的隼鸟2号探测任务有亮点,有难度,但综合来说只是部分技术上的突破,正所谓 “一枝独秀不是春” ;
我国嫦娥5号的探测任务综合性和全面性比较强,更像是 “百花齐放春满园” 。
㈡ 日本航天实力雄厚,为何不奔赴月球取月土往返,而是发射隼鸟2奔上亿公里
尽管比不上中美俄欧,不过日本的航天实力的确不俗。从可以发射小行星探测器,并让它取样后返回,就可以看得出来。
只可惜的是,日本并没有突破落月的关键技术,那就是变推力着陆发动机。没有可用的变推力着陆发动机,那自然无法实现落月取样了。所以说,日本也就是被卡在变推力发动机上了。
也就是说,日本只是制造了隼鸟2号小行星探测器,而其他的通信等全靠美国的支持。上文也提到了,落月和落小行星的难度并不在一个直线上。可以说,两者的难度就是不同种类,也无法进行鲜明的对比。
而日本正是,没有突破变推力发动机的技术壁垒,所以才无法进行落月取样。而在美国深空探测网的支持下,也就可以进行小行星取样。如果没有美国深空测控网的支持,估计根本就无法跟踪找到龙宫小行星的位置,那就更不用提采样返回了。
㈢ 日本航天实力雄厚,为何不去月球,而发射隼鸟2奔3.5亿公里
前一段时间,在中国的嫦娥5号采集到月壤返回的同时,日本的隼鸟二号也从3亿公里外的“龙宫”小行星挖土回来了。
由此可见,日本的航天技术也非常强大,也已经能进行系外采样了!但是为什么日本要选择将隼鸟二号送上小行星去采集岩石样本,而不去月球上采集样本呢?
隼鸟二号于2014年12月在日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心由H-2A火箭发射升空,2018年6月抵达距离小行星“Ryugu(龙宫)”的预订轨道。
据了解,这颗“龙宫”小行星距离地球大约3亿公里,所以此次隼鸟二号仅单程的飞行时间就用了3年半,直径大约只有1公里,特别小,所以它的逃逸速度只有1m/s,属于C类小行星,即是含碳为主的,是最常见的小行星类型(近地小行星),这也就是说它的轨道会穿越地球轨道,因此它有和地球相撞的可能性。
2019年2月,隼鸟二号首次在“龙宫”着陆并收集了地表样本,还发现了水合矿物质;2019年4月,隼鸟二号对“龙宫”发射了一枚金属弹并制造出了一个大约直径10米的撞击坑,然后对其收集样本于2019年11月离开“龙宫”。
2020年12月6号,隼鸟二号小行星探测器返回地球,降落于澳大利亚西南部的沙漠中,但这并不是隼鸟二号的终点,因为隼鸟二号在完成“龙宫”小行星取样后又点火离开了地球,计划在2026年和2031年再访问另外两颗小行星。
其实日本早在2003年就已经发射了“隼鸟号”的小行星探测器,目的是为了采集距离地球约0.7亿公里的丝川小行星的样本返回地球,中间经历了各种困难和挫折,终于在2010年6月成功将微量样品带回地球,而此次隼鸟二号探测器的成功返回,使日本成为了世界上第一个成功完成两次小行星取样返回的国家。
在小行星探测方面,日本展现一流的技术,首先是在取样深度方面,隼鸟二号就实现了对小行星地表和地表以下两个不同深度的取样;其次是在空间技术方面,日本在卫星通信、自动控制、图像处理、高精度传感器、耐热密封舱等领域都展现出了较高的技术操作水平。
最后是在经济性方面,NASA的“奥西里斯-雷克斯”项目总费用花费了大约10亿美元,而日本的隼鸟二号费用还不到美国的三分之一,就取得了世界性的成功,很好的体现了经济性。
由此可见,日本的科学技术和航空技术方面都很先进,在全球也是排得上号的。
日本其实有过登月计划,并期望在1995年就发射月球登陆器,但是之后历时十七年还是没有成功,此后日本再也没有对月球进行过探测,由此可见日本在登月的核心技术上应该遇到了瓶颈。
首先是火箭技术和探测器质量,日本在发射隼鸟二号时的火箭是H-IIA(近地轨道运载能力为15吨),而隼鸟二号的重量只有609公斤,用H-IIA火箭发射有点浪费,所以当时H-IIA火箭发射的时候不仅携带了隼鸟二号探测器,而且还有3颗卫星。
另外隼鸟二号探测器结构相对简单,不具备重回地球的能力,因此它收集到的小行星样本只能抛向地球;反观我国的嫦娥五号,由长征五号运载火箭(近地轨道运载能力达到25吨)发射,秒杀了日本H-IIA火箭,而且作为全球目前最重的无人月球探测器,我国嫦娥五号探测器总质量8.2吨,由轨道器、上升器、返回器、着陆器四大部分构成。
其次是技术操作难度方面,月球的引力大约为地球的1/6,而且月球上没有大气层,所以对于航天器的降落来说是一个巨大的挑战,但嫦娥五号实现了我国首次月面采样与封装、月面起飞、月球轨道无人交会对接、携带样品半弹道跳跃式再入返回等多项技术的重大突破。
再来看日本隼鸟二号的龙宫小行星直径大约才1千米,重力几乎都可以不计,由此也可以看出嫦娥五号的技术操作难度明显要比隼鸟二号的大。
最后就是取样方式,隼鸟二号取样方式是在靠近小行星表面后,通过发射金属弹到小行星表面,将爆炸溅起的尘埃状物质或碎片由取样机械臂收集到样本容器里,然后换地方,重复操作,进行3次;
而嫦娥五号采用了两种挖土方式,一是通过机械臂上的“铲子”工具直接在月球表面进行取样,二是钻取月球表面下数十厘米内的物质,所以隼鸟二号的样本重量不及嫦娥五号。
但是日本的隼鸟二号在太空飞行了6年,行程来回大概有60亿公里,在飞行路程上也是很了不起的,而且日本隼鸟二号带回的地月系以外的小行星碎石也是很有研究价值,尤其是对研究约46亿年前地球诞生时的一个状态,因此日本隼鸟二号还是蛮厉害的。
㈣ 日本探测小行星的隼鸟2号计划携带开采的样本为什么会降落澳大利亚沙漠呢
日本小行星取样任务项目组官方发布信息,他们将返回珍贵的取样样品,预计12月份返回澳大利亚。
隼鸟2号的导航摄像头在2019年7月10日登上了龙宫星小行星的表面之后,拍下了上图。隼鸟2号的下面,组装有2台漫游机器人MINERVA-II1和MINERVA-II2.隼鸟2号的2台漫游机器人,它们并不是常规地用轮子移动。它们是通过旋转内部的一个扭矩产生器,而进行跳跃前进。每个漫游机器人有18厘米宽,7厘米高,重1.1千克。它们通过控制顶部转盘的方向,来控制跳跃的方向。
㈤ 日本成功登陆52亿公里外的小行星,这一技术,比登月难度大吗
日本登上小行星了?这恐怕是很多人都不知道的事情,因为在大家的印象里,太空事业之前一直被美苏把持着。 苏联解体之后, 美国航天 一直一枝独秀,它是唯一集齐八大行星照片的国家,甚至连被除名的 冥王星 的照片都有。
近年来,中国航天事业取得了快速发展, 我们先后完成了 空间站 、探月以及火星探测,成为了当今世界航空航天的新兴力量。 至于日本,似乎更像是航天的边缘国家,很少听说它们在太空领域取得了什么发展。
那么,日本登陆的小行星到底是哪颗?既然能够成功登上小行星,为何他们不先登月呢?
隼鸟2号 是日本为了 探索 龙宫小行星专门发射的探测器,于2014年12月3日发射,历时4年飞行,抵达小行星龙宫(编号1999 JU3)。 隼鸟2号投放探测器,在龙宫上采取了岩石样本, 并于2019年返回,于2020年返回地球,将样本降落在了澳大利亚南部。
然而隼鸟探测器并没有完全回来,携带样本的是返回舱, 它的探测部分还将利用剩余的燃料前往下一个小行星1998KY26,预计2031年到达。
隼鸟2号 成功着陆小行星并成功携带样本返回,对于全人类来说具有重要意义 ,因为这代表人类以后可以对小行星进行开采。
整个太阳系中数量最多的天体就是小行星, 人类已知的就有超过10万颗,科学家估计太阳系的小行星数量大约在100万颗左右。
对于日本取得这样的成就,中国方面也是送上祝贺,毕竟这是人类小行星技术的一大进步。 但是很多人会觉得奇怪,龙宫小行星距离地球52亿公里,远超过了地球与月球的距离, 既然日本能够成功登陆小行星,为何不先一步登陆 月球 呢?
恐怕很多人并不知道, 日本有自己的登月计划,并且围绕月球的探测器中,有一枚是日本的。
2007年9月14日, 日本发射了 月亮女神探测器 ,上面携带了15个探测仪器,准备对月球进行一次全方位的 探索 ,这是日本第一次发射月球探测器。
上个世界60年代,美国的阿波罗计划将人类的登月计划做到了极致, 50多年的时间过去了,登上过月球的航天员有且只有 美国 的。 受到美国阿波罗计划的启发, 1999年,日本决定开启自己的 登月计划 ,命名为“月亮女神”。 原本计划在2006年就发射,由于出现了故障,计划被迫推迟到了2007年。
2007年10月24日,中国发射了 嫦娥一号 月球探测器,可以说从时间上来看,二者几乎是同时开始的探月计划。 然而差不多15年过去了, 中国已经成功将月球土壤带回地球,日本的探月计划几乎是在原地踏步 。可以说中国探月技术领先日本一大截。
另一方面,他们在小行星技术方面取得了巨大的进步,隼鸟2号实现了人类第一次登陆C型小行星。 从这一点看,日本的小行星探测技术超过了中国。 那么日本为何会放弃发展自己的登月计划,而转投小行星的怀抱?登陆小行星技术比登月难度更大吗?
首先我们要清楚,登月和登小行星完全是两种概念,因此技术没有可比性。 日本隼鸟2号 的成功只能说明它的小行星技术成功,但不能说它的这个技术就比中国的探月先进,对比也要是同目标来看待。 日本能登上小行星,不代表它能登上月球,因为在这过程中,需要克服的难题是不一样的。
月球属于地球的体系里面,想要登陆月球,不仅要考虑月球本身的引力,还有地球引力的影响。 而小行星所处的环境复杂,周围密密麻麻全是其他小行星,如何精确定位是关键。 而且小行星极易受到更大天体的影响,说不定还没有到达,它就被挤出了轨道。 地球和月球在 历史 上没少被小行星撞击, 其中最着名的一次就是白垩纪末的那颗,直接导致 恐龙 王朝被拦腰折断。
月球 的表面积更大,因此需要对月球上的每个地方都做好研究,这需要付出时间、人力以及大量的经费。 我国有强大的经济作打底,因此可以在探月上放手一搏。 而日本的经费紧张,他们需要将钱花在刀刃上,探月是一个长期的过程,他们没有那么多资金在这上面。 小行星的面积小,可以定好目标之后,专注进行。
作为一个小国,日本没有美苏中的充足经费,如果它想要在航空航天上取得成绩,就必须另辟蹊径。 当大国的目标都在大型天体上时,它选择了小行星。
苏联解体以后,太空不再处于两极分化的状态,越来越多的国家加入到了探寻之中 ,除了大家熟知的美国 NASA ,还有欧盟的欧空局ESA、日本的JAXA以及中国的国家航空局。 由于很多领域已经被美苏捷足先登,我们不得不寻找新的拓展空间, 比如 嫦娥五号 的着陆地点是在月球背面,之前从未有探测器到达过。
欧空局则选择与美国合作,最具代表的计划就是卡西尼—惠更斯号探测器。 日本航天局想要在这些力量中脱颖而出, 就必须选择一个之前无人踏足的,于是他们找到了小行星1999 JU3,又名 龙宫 。 决定在这上面进行尝试,最后获得了成功。
很早之前就有科学家预测,未来的地球会拥挤不堪,资源也支撑不过百年,因此,太空才是未来人类的生活空间。着 名物理学家霍金在去世前也说过,人类最终会离开地球,前往宇宙开始移民。 这是新时代的“大航海运动”,谁先抓住了太空,谁就抓住了未来。 因此很多国家投入了大量的精力在 航空航天 上,就连印度都没有放过这轮风口。
我国在 历史 上错过了大航海时代、错过了两次工业革命,结果在近代得到了惨痛的教训。 新中国成立后, 我国积极开展航空航天计划,在1970年完成了第一枚人造卫星的发射。 从那之后,中国跻身世界航空强国之列,直到今天, 中国已经完成了当年制定的计划,准备向着更远的目标前进,这一次我们不会再错过。
人类从非洲一隅出发,到足迹遍布世界,用了大约10万年,而人类从站在地上 仰望星空 ,到飞向太空触摸星辰,100年的时间都不到。 人类发展得越快,所需要的能源就越多,可地球目前所存在的化石能源,是完全不够未来使用的。
化石能源是地球在5亿年的时间里,通过能量转换,将曾经的古生物的能量封存在地壳中。 人类将这些能量释放了出来,造成了大气中二氧化碳的增长。 我们不仅面临资源短缺,还面临环境恶化,全球变暖。 今天的 地球 是人类的摇篮,明天的地球可能就是人类的地狱。
人类是 太阳系 唯一的文明体,可是根据文明等级,我们连最初级都没有达到, 科学家预测人类还有大约200年的时间达到一级文明,然而地球上的能源只够人类再使用50年。 人类看似时间很充裕,其实已经到了生死存亡的地步,无法彻底解决能源问题,我们就无法继续文明。
每一个国家在太空中取得的进步,对于全人类都是一次机会,不管是中国的嫦娥计划,还是日本的隼鸟2号。 由于两者的目标不尽相同,因此相互比较难度没有任何意义。 宇宙“大航海”与 历史 上的大航海不一样,它带来的不是掠夺与殖民,而是新的新的希望。
不管是38万公里的 月球 ,还是52亿公里的小行星,都是人类未来的候选, 因此有成功是值得庆祝的,因为受益的是全人类。
㈥ 嫦娥5号归来之际,日本隼鸟2号带着龙宫小行星采样回到地球
澳大利亚东部时间12月6日凌晨, 日本”隼鸟2号“( Hayabusa-2 )小行星探测飞船, 携带从小行星"龙宫"(162173 Ryugu)上采集的样本在经过接近两年的飞行后,终于成功回到地球。样本的密封舱成功降落在南澳大利亚的沙漠中。
回收团队很快根据密封舱的定位信息找到了红色沙地中的采样密封舱。并安全转移到了准备好的运输箱中。
执行采集任务的太空探测器 "隼鸟2号 "已经在返回地球的途中航行了一年多时间。
“隼鸟2号” 在小行星”龙宫“成功采样后将样本存放在一个着陆密封舱,并携带该密封舱飞回地球,在离地球约22万公里,“隼鸟2号”探测器释放着陆密封舱,着陆密封舱继续飞往地球,而分离后的“隼鸟2号”将继续飞行的进行太空探测任务, 预计将在2031年左右抵达一颗编号为1998KY26的小行星进行探测任务。
隼鸟2号2014年12月从日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射升空,2018年6月飞抵距离地球约3亿千米的目标小行星“龙宫”附近,并对“龙宫”进行了全面的信息采集。
2019年4月,隼鸟2号利用探测器上的释放的一颗小型炸药弹丸,在小行星“龙宫”上制造了一个直径达10米的撞击坑,小行星内部物质在撞击后四处飞散。
但是由于撞击坑地形不平坦导致着陆困难,隼鸟2号只好放弃了在撞击坑上采样的计划,而转向了是距撞击坑约20米的一处地点。日本航天专家通过模拟预计,采样点因撞击而产生的小行星内部物质堆积厚度超过1厘米。
“龙宫”小行星( (162173 Ryugu) )是 1999年5月10日由美国林肯实验室的发现的一颗阿波罗型近地小行星。
”龙宫“ 小行星属于一种岩石天体, 直径约1千米,它被认为含水和有机物,与约46亿年前地球诞生时的状态相近。