科學研究 - 日本隼鳥2號史上最近距離飛掠小行星，距小行星表面僅400米

據日本國立研究開發法人宇宙航空研究開發機構（JAXA）發布的消息，日本開發的探測器「隼鳥2號」上月對小行星「鳥船」（Torifune）開展探測時，實現了小行星飛掠（Flyby）史上的最接近紀錄。本次探測器距離小行星表面約400米，刷新了中國在2012年創下的紀錄。在小行星飛掠中，還首次成功利用探測器發射的雷射進行了精密測距。該成果拓寬了對小行星探測的可能性，同時也有助於獲得可用於保護地球上的人類免受天體撞擊的「行星防禦（Planetary Defense）」技術。

隼鳥2號在最近距離前1秒拍攝的「鳥船」小行星（圖片提供：JAXA、東京大學、千葉工業大學、東京科學大學、產業技術綜合研究所、法國巴黎天文臺、西班牙加那利天體物理研究所）

飛掠是指探測器不在天體上空駐留，僅近距離掠過目標天體，開展短時探測的作業模式。隼鳥2號為了在最接近時瞄準目標點，首先與地面通信，同時噴射加速用離子發動機（電推進發動機）反覆進行軌道控制。於7月5日下午切換至探測器機載電腦自主控制模式，日本時間當日18時30分完成對「鳥船」的近距離飛掠。

最接近時，距離地球1億公里之遙，相對速度為每秒5.3公里。詳細解析結果顯示，當時的距離距「鳥船」中心約744米，距表面約400米。超過中國月球探測器「嫦娥二號」於2012年接近小行星圖塔蒂斯（Toutatis）表面約770米的紀錄，刷新了小行星飛掠的最短距離紀錄。

隼鳥2號飛掠「鳥船」（灰色區域）時最接近小行星的目標點（紅色＋號）與實際位置（藍色＋號）。距「鳥船」中心744米（圖片提供：JAXA）

JAXA宇宙科學研究所的竹內央教授在7月30日的線上記者會上說明，一系列軌道控制歷程非常順利。他表示：「依靠機載自主控制，實現了依靠地面（通過通信控制）無法達成的這一最近距離的抵近。控制完成得十分完美」。不過在最接近前約10分鐘，探測器未能獲取用於拍攝天體並推算位置關係的「光學導航」數據，對精度產生了不良影響。因此最接近時偏離目標點約120米，但結果反而超過了原計畫距「鳥船」中心約800米的目標值，達成了約744米的極近距離。

隼鳥2號反覆進行軌道控制，不斷縮小接近「鳥船」時的距離。最後第四次為探測器自主控制（圖片提供：JAXA）

「鳥船」被認為是由兩顆小行星碰撞並結合而成，外形如同帶有細腰的雪人形狀。詳細解析顯示，其長約840米，寬約340米。據稱，本次飛掠探測也實現了對「鳥船」軌道參數的高精度推算。

本次在小行星飛掠中首次實現的雷射測距，是一種通過向目標照射雷射並根據反射回來的時間來計算距離的技術。在接近「鳥船」約4秒前和約3秒前，分別在大約20公里和大約15公里的距離處成功完成了測距。

雷射測距概念圖。隼鳥2號每秒照射一次雷射。在距「鳥船」約20公里和約15公里的距離處成功測距（圖片提供：JAXA等）

隼鳥2號曾於2018年6月至2019年11月，停留在另一顆小行星「龍宮」上空，並實施著陸及樣本採集等作業。吉川真副教授介紹：「當時探測器向‘龍宮’降落的速度僅每秒數十厘米甚至更低。這套雷射高度計原本就為此開發，並未設想用於本次5.3千米每秒的高速飛行場景」。JAXA等這樣形容該項成果的價值：「如同騎射流鏑馬一般，騎手一邊駕馭馬匹一邊調整姿勢，在瞄準靶標的一瞬間即刻放箭；本次任務正是從高速飛行的探測器上，向小小的‘鳥船’發射雷射完成瞄準的。」

通過飛掠探測，隼鳥2號還成功進行了拍照和紅外相機等觀測。關於科學成果，吉川表示：「已經獲取了質量很高的觀測數據，相關解析工作正在推進中，敬請期待後續科學成果」。

通過刷新飛掠探測的最接近紀錄和成功進行雷射測距，「獲得了能提高未來探測自由度的重大成果」（竹內）。在行星防禦領域，驗證了將探測器撞擊可能撞擊地球的天體以改變其軌道所需的高精度控制技術。如果發現可能撞擊地球的天體且時間緊迫，可以考慮將正在為其他目的航行的探測器派往進行緊急探測。此次任務也從側面驗證了這一方案的有效性。

團隊負責人三桝裕也研究開發主幹表示：「我為整個團隊感到自豪。探測器又拿出了卓越的成果。」

隼鳥2號於2020年將「龍宮」小行星樣本送回地球後，再度啟航。截至8月14日，已經航行56億多公里，當前位置距離地球約6800萬公里。今後計畫於2027年12月和2028年6月兩次利用地球引力進行軌道變更的「引力助推」，於2031年7月抵達最終目的地小行星1998KY26。這是一張單程票，它將不再返回地球。