日本能去小行星采样，为何不能登陆月球？核心技术十七年无法攻克

2020年12月6日，我国的嫦娥五号上升器与轨返组合体完成了人类有史以来第一次月球轨道自动对接，并且完成了月球土壤的封装和转移。而巧合的是，几乎与此同时，日本的隼鸟二号小行星探测器也把它采集到的小行星岩石样本，扔到了澳大利亚南部沙漠地区，并且成功回收。

Tips：嫦娥五号任务成功，是人类时隔 44 年后，再一次采集月球表面样品带回地球。同时，中国成为继美国和前苏联之后，第三个取得月球样本的国家。

虽然隼鸟二号的事迹在嫦娥五号的光辉下显得微不足道，不过之后网络上依旧出现了这样的声音。说日本的隼鸟二号采集小行星样本，比中国采集月壤要难得多。日本的探测器飞了52亿公里，并且在微重力状态下完成土壤采集，难度比登月大多了。那么问题来了，这个隼鸟2号究竟做了什么？登陆小行星是不是真的比登月更难呢？

采集小行星样本有什么意义?

小行星指的是太阳系中一些围绕太阳公转的小天体，直径一般不会超过百公里。因为尺寸有限，所以重力微弱，还不足以把自己变成近似球体的星球，所以样子看起来千奇百怪。这些小行星大部分分布在内太阳系，处于地球和火星之间的小行星带上。

Tips：小行星带是太阳系内介于火星和木星轨道之间的小行星密集区域，98.5%的小行星都在此处被发现，已经被编号小行星有120,437颗。

探索这些小行星对人类 来说意义非凡，因为有些小行星的形成时间和地球一样古老，而且没有地质活动，所以小行星的结构和土壤，一直保持着形成之初的样子。所以把小行星样本带回地球研究，说不定可以揭开地球形成初期的地质样貌的秘密。而且，在学界的主流观点中，地球上的液态水，其实是小行星和流星带进地球大气的，如果说在探测小行星的过程中发现水，也能坐实地球水外来说。

Tips：地球上的液态水最主要存在于岩石。自源说认为地球上的水来自于地球本身。地球起源时，形成地球的物质里面就含有水。

所以，探测小行星这件事，全世界各个国家都有兴趣，我国也计划在2020年之后，展开小行星的相关探索。那么，作为世界上第一个把小行星土壤带回地球的日本，他们的航天技术到底处于什么样的水平呢？

命运多舛的隼鸟号

我们不妨先来看看日本为了探测小行星而做的种种努力。2003年5月9日，日本发射了第一颗小行星探测器，隼鸟号。从一开始，他们就想把小行星样本带回地球，目标是距离地球3亿公里外的丝川小行星。不过，这次任务只能用命运多舛来形容。

Tips：隼鸟号是日本宇宙航空研究开发机构JAXA的小行星探测计划。这项计划的主要目的是将隼鸟号探测器送往小行星25143，采集小行星样本并将其带回地球。

在飞向丝川小行星的途中，隼鸟号就问题连连。在发射入轨不到4个月的时候，就出现了离子推进器的故障。之后到了2005年，用来调整姿态的推进器，三个中只有一个还能正常工作。而到了12月，因为化学引擎燃料泄露，隼鸟号轨道偏离，结果和地面失去联系。直到7周之后，地面才接受到了它传回的微弱信号，而且每次只有短短的20秒。

好在地面工作人员确实给力，硬是靠这么短的操作时间，一步一步发送指令，把隼鸟号调整回了正常位置，才保证接下来的任务可以顺利进行。到了2010年6月13日，隼鸟号终于带着样本返回，焚毁在地球大气之中，而样本密封舱，则按照计划，成功着陆于澳大利亚的预设陆区。

Tips：“丝川”小行星以日本已故“火箭之父”丝川英夫博士的姓命名，与地球直线距离约为3亿公里，长约540米，宽约300米，表面崎岖不平，外形就像个大马铃薯。

可以说，隼鸟号能完成任务把样本带回来，已经是个奇迹。日本民众对这则消息大受鼓舞，隼鸟号也有了“不死鸟”的称号。日本还拍出了一部叫做《隼鸟号》的电影，演绎这次来之不易的胜利。不过，相比于民间的狂欢，日本学界却被浇了一盆冷水。因为隼鸟号带回来的小行星样本，实在是太少了。据官方给出的数据，这次带回的岩石样本，大概有1500粒，听着挺唬人的。其实，这些样本的重量，是以毫克为单位的。

Tips：《隼鸟号》是日本的主旋律电影，以宇宙科学研究所职员惠作为主人公，并从她的视点出发描述了科学家为了隼鸟号这个航天项目奋斗七年的身影。

与其说是岩石，倒不如说是沙尘更为贴切。而这也在预料之内，因为隼鸟号采集样本，并不是降落在小行星上挖掘，而是靠轻微撞击扬起沙尘，再把样本吸进来完成采集的。到了这一步，是谁都不愿意善罢甘休，于是，隼鸟二号被提上了日程。

变强了的隼鸟二号

借着上次的经验教训，隼鸟二号在一号的基础上对不足点进行了改进升级。它的离子发动机推力比原版高了25%，其实就是多加了一台推进器，通讯部分也改成了双天线配置，好让它不会再出现信号中断的尴尬。除此之外，为了让隼鸟二号能采集到小行星更深处的古老岩石样本，它还携带了两个圆筒形冲击器，相当于炸药包，靠爆破的方式炸出更古老的岩层。

Tips：当隼鸟二号接触小行星表面时会发射一颗钽质弹丸，激起小行星表面物质。这些物质会进入采样杆中被收集起来。

为了更好地寻找平坦的采集地点，隼鸟二号用来定点着陆的标记球数量也从3个增加到了5个。不过，改来改去，隼鸟号采集样本的方式，还是触碰式的。而且整个采样过程的持续时间只有一秒左右，用蜻蜓点水形容再合适不过。这次的目标，是距离地球3.4亿公里的龙宫小行星。

结果，于2014年发射的隼鸟二号，终于在2020年12月6日，把装着样本的密封舱丢回了地球。整体来看，隼鸟二号比原版要成功许多。不过，真正要看的话，它带回来多少岩石样本才是关键。一开始，学者自己也没有多大信心，预计重量只有0.1克。

Tips：“龙宫”Ryugu是一颗C型(碳质)岩石小行星。许多科学家认为，这种岩石小行星可能在很久以前与地球的碰撞中，将生命的基本构成元素送到了地球上。

不过就目前公布的结果来看，隼鸟二号带回来的岩石样本中，已经有了大小超过1.3厘米的硬质岩石，说明这次搞爆破采集的方式还是很有成效的。因为三个样本密封舱只有两个被打开，所以到底带回来了多少，现在还是一个未知数。但比起它的前辈来说，隼鸟二号确实变强了。

那么，隼鸟二号的技术难度，真的比登月要难吗？

日本攻克了十七年，依旧无法登上月球

其实要回答这个问题，只需要说一说，为什么日本到现在都没有发射月球登陆器，谜底就能解开了。

Tips：飞天号在1990年1月24号发射，是日本第一颗环绕月球的人造卫星。1991年3月30日，经过了九次的月球环绕飞行、第二次太空刹车任务后，飞天号的主要任务也告一段落。

其实早在1991年，日本就成功发射了飞天号月球环绕探测器，成为了世界上第三个具备环月探测能力的国家。之后，日本又在嫦娥一号之前，再次发射了一颗绕月卫星，月亮女神号。但在这之后，日本的探月工程却匆匆宣布终止。日本何尝不想像中国一样，通过一点一点的进步，最后完成月壤采样的目标。按照日本的“月球-A计划”，他们应该在1995年就能发射月球登陆器，可是到了2007年，登月器在历时17年的研发后仍然没有成功。最终，日本文部科学省宇宙开发委员会才同意了终止项目的报告。可见，日本其实到现在都没有掌握软着陆月球的技术。

Tips：“月亮女神”月球探测器，是由日本于2007年9月14日发射，各探测器上共搭载了15种精密仪器，将围绕月球运行1年，它将分析月球化学成分构成、矿产分布、地表特征等。

日本登月遇到的第一个技术难关是动力系统。

日本发射的隼鸟二号，质量只有0.6吨，而嫦娥五号的重量是8.25吨。如此大的重量悬殊，让嫦娥五号的推进器可以完成月球软着陆，并且返回月球轨道的能力。而隼鸟二号的推进器，只够让它可以靠近微重力的小行星，如果目标是月球，只会被摔个稀巴烂。当然，也许会有人说，隼鸟号的体积重量小，是为了接近小行星刻意设置的。这一点我们只要看看日本的火箭就能知晓答案。

日本用来发射隼鸟二号的火箭，是自行研发的M5运载火箭，属于小型卫星才会使用的固体燃料火箭。而运载能力更强的H系列和J系列运载火箭，也只能把一吨重的卫星送上地球轨道。和我国的长征五号遥五运载火箭相比，一个是大炮一个是鸟枪。日本到现在，都没有发射月球登陆舱的火箭系统。

Tips：日本航天工业有“L系列”、“M系列”、“N系列”、“H系列”、“J系列”等系列火箭，其中“L系列”仅“L-4S”是运载火箭。

其二是返回大气层的技术难关

隼鸟二号带回来的岩石样本虽然比前辈多，但重量依旧有限。除了接触式采集法限制了样本数量之外，返回大气层的方式也限制了样品仓的大小。隼鸟二号的返回方式是最传统的弹道式再入返回，说白了就是从地球轨道上减速进入大气层，像一颗抛出去的足球。为了抵抗空气摩擦产生的3000度高热，返回舱不得不装载更多的防热烧蚀材料。而且，为了实现减速，还设计了一个抛掉返回舱外壳的流程设计，进而减少减速伞的过载压力。这些都压缩了样本仓的重量。

Tips：隼鸟二号带回地球两个小行星岩石的样本仓，里面包括大大小小的岩石，这说明小行星的基岩在硬度方面存在差异。目前对小行星样本的研究还在继续进行当中。

而嫦娥五号的返回方式叫做“高速半弹道跳跃式再入返回弹道”。通俗来说就是利用打水漂的原理，在地球大气层中完成一次跳跃，进而降低速度。这种返回方式在全世界处于领先地位，并且尽可能得降低了防热材料的使用比例，扩大了返回舱的舱内空间。结果，嫦娥五号带回来的月岩样本，是当年前苏联三次采样量的6倍有余，达到了2公斤。而日本想要突破这一技术，还要花大把的时间去总结经验。

Tips：“打水漂”游戏，是用扁型瓦片或石片，在手上呈水平放置后，用力飞出，石片擦水面飞行，石片碰水面后因惯力原理遇水面再弹起再飞，石片不断在水面上向前弹跳，直至惯力用尽后沉水。

其三，是登陆和对接技术

我国的嫦娥五号在降落时采用的是自主控制，整个动力下降航程有数百公里，在此过程中，地面没有任何干预，完全是自主选择的着陆区。而隼鸟二号的着陆探测方式，简单地让人发指。它居然需要先向小行星扔几个带有摄像头的标记球，之后由地面人员根据拍摄到的画面，确定平坦的着陆点。当然，选择如此尴尬的方式也情有可原，毕竟隼鸟二号没办法停在小行星上，采到的样本好不好全看落点位置。

Tips：为此，日本还专门向德国订购标记球MASCOT，这个长得像鞋盒子的小装置，还能在小行星上面跳一下换换位置。

也是这个标记球，拍摄了有史以来第一张微观层面的小行星结构。不过，这玩意儿你再怎么吹，都生不出花来。况且还是人家德国造出来的。

而反观中国的嫦娥五号所创造的记录，已经领先世界太多了。首先，探测器深空轨道自动交会，以及在轨样本转移封装技术，都是我国独有的。再加上月面上升的技术难题已经被我们攻克。嫦娥五号的这套技术，完全可以移植到未来的火星探测计划中。而隼鸟二号和行星软着陆技术八竿子打不着，想在未来追赶中国，对日本来说可不容易。

Tips：“软着陆”是相对于“硬着陆”方式而言的。一种是物理意义上的着陆，特指航天器经专门减速装置减速后，以一定的速度安全着陆的着陆方式。

说句很不客气的话，日本地方太小，想要有覆盖全球的卫星监控站，都要仰仗NASA的帮助，在以后必然会受制于人。而我国已经已经建成布局全球的深空测控网，我们想发射什么，就能发射什么。单凭这一点，日本的航天业想要超过中国，都是一个国际笑话。