今年11月13日北京时间凌晨，欧洲航天局“罗塞塔”号彗星探测器携带的“菲莱”号着陆器，成功降落在其预定目标“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星上，成为人类历史上第一个降落彗星，并在其表面开展科研任务的探测器。

无论是从天文学还是航天技术的角度来看，“罗塞塔”和“菲莱”都创造了奇迹。这项探测计划不仅会为人类解开更多关于彗星的谜团，也会是航天史上的里程碑。

跋涉十年准备“深情一吻”

今年8月6日，“罗塞塔”号彗星探测器在经历10年5个月又4天的漫长时间之后，与预定目标“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星会合，成为人类历史上第一个与彗星会合的无人探测器。(本刊今年8月18日曾进行报道)此后的3个月间，它以两道近似直角三角形的轨道逼近彗星，并选择合适的登陆点，最终在11月12日释放携带的“菲莱”号着陆器。离开“罗塞塔”号的“菲莱”号，以接近人类慢走的速度，历时约7小时“走”完最后的22.5公里路程，成功降落在彗星上。为这最后的“深情一吻”，“罗塞塔”号已经在宇宙中跋涉了大约65亿公里的距离，最终在距离地球大约5.1亿公里的地方与“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星相会。

其实，这颗彗星并非“罗塞塔”号和“菲莱”号的初始目标。这枚探测器原计划于2003年1月在法属圭亚那由阿丽亚娜-5型火箭发射升空，对“沃塔宁”彗星进行研究。然而在此之前的2002年12月，“阿丽亚娜-5”型火箭在另一次航天任务中发射失败，使“罗塞塔”号的任务不得不延期。这就意味着它错过了探测“沃塔宁”的发射“窗口期”，只得选择另一个目标，也就是如今的“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星。

11 月12 日， 德国达姆施塔特，欧航局主控制室的科研人员庆祝“菲莱”着陆器成功登陆彗星。这是人造探测器首次登陆一颗彗星。“菲莱”成功着陆令欧航局专家兴奋不已。

“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星是一颗短周期彗星，每6.45年绕太阳一周。在“罗塞塔”号发射之后，这颗彗星第二次通过近日点的时间，是2015年8月13日。也就是说，在彗星运行的“这一圈”里，这一天它会到达最接近太阳的一点。因此，如果探测器能在那之前抵达彗星并附着其上，就能基本完整地经历彗星逐渐接近太阳的过程，得到珍贵的天文研究素材。

但受制于人类目前的航天推进技术水平，“罗塞塔”号的速度并不足以赶上高速运行的彗星。因此，从2004年到2009年，“罗塞塔”号先后3次飞掠地球，一次飞掠火星，利用这两颗大行星的引力为自己加速，将自己“甩”向“下一站”。而后，速度大幅提升的探测器，开始了飞向彗星的征途。

时滞与冬眠成为大难关

随着探测器与地球的距离越来越远，很多难题也显现出来，通讯时滞即是其中之一。由于距离过于遥远，“罗塞塔”号与地球之间的无线电通讯会出现延迟，从数秒钟直至现在的大约28分20秒。而且，在任务过程中，这种通讯时滞很可能会为探测器带来危险。比如说，在2007年2月25日飞掠火星进行加速的时候，“罗塞塔”号需要从火星上空大约250公里的地方飞过。这个距离与北京市六环路的长度(187公里)大体处于同一量级，放到天文学领域，几乎就是毫厘之差。而与此同时，地球与“罗塞塔”号之间的距离大约为1.4亿公里，无线电波单程也要走上将近8分钟。所以，只要稍有差池，探测器就会坠毁在火星上。

为了尽可能精确掌控“罗塞塔”号的动向，欧洲航天局给了它与其他行星际航天项目，也就是火星和金星探测器同等的“待遇”：动用欧洲航天局全球跟踪站网络中配备35米直径天线的3座“深空站”，也就是世界上最高精度的航天器跟踪站。这3座跟踪站分别位于澳大利亚、西班牙和阿根廷，共同组成了锁定“罗塞塔”号的“天网”。属于美国航天局的2座位于美国加利福尼亚州的航天器跟踪站也以直径70米和34米的天线作为技术上的备份。

这张展示“丘留莫夫- 格拉西缅科”彗星的照片，由“菲莱”号着陆器上的仪器在格林威治时间2014 年11 月12 日14 时38 分41 秒拍摄。此时，它距离彗星表面约有3 公里。这张展示了着陆场的图片，其分辨率约为300 万像素。

不过，“罗塞塔”号和“菲莱”探测器面临的最大难关，或许是“冬眠”之后的“唤醒”，以及随后为着陆彗星进行的软件升级。由于任务延期和更改探测目标，“罗塞塔”号不仅需要重新设计飞行轨道，延长飞行时间，而且前往的位置比原计划距离太阳更远，这对它的太阳能电池有限的性能是一种挑战。因此，“罗塞塔”号在2011年6月开始进入休眠以节约能源，直到今年1月20日方才“苏醒”。以休眠来节约能源，对于这枚探测器来说，是一种必须的，但也是高风险的策略。按照欧洲航天局的设计，“罗塞塔”号进入冬眠的时候，其内部就在运行着一种程序，作为957天休眠期结束时的“闹钟”。在休眠期结束时，欧洲航天局会收到来自“罗塞塔”号的信息，并确认探测器已经“醒来”，从而开始为着陆卫星做准备。

在探测器漫长的休眠期里，欧洲航天局的技术团队也准备对探测器上调查彗星颗粒的显微镜MIDAS进行软件升级。利用探测器留在地球上的副本，工程师们仔细测试了软件升级的整个过程，以确保这场不容任何失误的升级能顺利完成。待到探测器休眠结束后，MIDAS启动并进入“内核模式”，与探测器和地球的控制中心进行联络，顺利完成了正式的软件升级流程。

4公里“糖霜蛋糕”上的“樱桃”

结束休眠并顺利更新软件的探测器继续向它的目标进发。随着探测器抵近“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星，人们发现这颗彗星有着近似橡皮鸭子模样的彗核，仿佛两个天体被某种力量“接”在了一起，或者一个椭球体遭遇了像戈壁岩石那样的剥蚀。在距离彗星100公里处，“罗塞塔”号为“菲莱”号挑选了5个着陆点，又在距离30公里处进行了更详细的探测，最终在“鸭头”上选择了名为“阿吉祁亚”的J点作为首选，并在大体相当于“鸭身”的部分选择了C点作为备用。

按照欧洲航天局的设计，“罗塞塔”号会在着陆开始时，将“菲莱”号推出去。如果这一步失败，一个备用的弹簧会负责弹出“菲莱”号。但如果这一步也失败，“罗塞塔”号就只得继续前行，在大约4个半小时后尝试再次分离，让“菲莱”号降落在备用着陆点C点。但如果3次尝试全部失败，“菲莱”号就只能放弃着陆彗星，与“罗塞塔”号继续组合飞行。

两者按计划成功分离后，“菲莱”号也以每小时大约3公里多的速度，向彗星表面坠落下去。但在此时，它即将降落的彗星不但在飞行，自身还在旋转，大约每12.4小时转一圈。“菲莱”号跋涉7小时的降落过程，其着陆点误差不能超过一平方公里。按照欧洲航天局自己的说法，这如同“在4公里直径的糖霜蛋糕表面的指定位置放上一颗樱桃”。

不仅如此，降落过程中的“菲莱”号也面临着一系列挑战。如果它不能按计划展开3条“着陆腿”，就可能导致它登陆时翻滚或反弹;如果遭遇彗星喷射出的气体和尘埃，可能导致着陆器失控，造成着陆失败。“菲莱”号在落地瞬间还要防止被弹起，因为“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星的彗核直径只有4千米左右，引力很小，虽然“菲莱”与之接触时速度不足每秒1米，还是有可能反弹。为此，科学家为3条着陆腿设计了缓冲减震功能，在落地瞬间吸收大部分撞击能量。此外，“菲莱”号顶部装有推进器，落地后点火将它“压”向彗星，同时“脚尖”伸出螺栓，“钉”入彗星表面。

但“菲莱”号与“罗塞塔”号分离前，欧洲航天局的科学家发现它顶部的推进器已经损坏。不过，“菲莱”号已经有所准备，在接触彗核的同时，伸出一个相当于船锚的叉钩，将自己固定在彗星表面。这也就是为什么欧洲航天局有专家从回传的数据分析认为，“菲莱”号在首次着陆彗星的瞬间可能发生了反弹，或者说在彗星表面“跳了一下”，经过二次着陆方才成功。但无论如何，它现在毕竟已经降落在了彗星表面上。

“鱼叉一探”将会改变什么?

仅有7小时的“一击中的”，其背后却是将近11年的艰辛跋涉，以及耗时大体相当的准备期。也就是说，我们用了整整一代人的时间，方才从无到有，把一个轻盈小巧的人造天体送上彗星表面。那么，我们为何要付出如此多的时间和人力物力，来探究看似与现实生活很远的彗星的奥秘?

事实上，彗星与我们这颗星球的履历密切相关。现代天文学猜想，彗星是太阳系形成时期的“建筑构件”，可能保存了某些“原始信息”。人们也猜想彗星可能是为地球生态系统的“种子”，或者说，它们为地球带来了水，甚至可能还有形成生命的基本要素氨基酸，使地球上孕育出了生命。可以说，对于彗星这一类天体，人们仍然有很多未解之谜，唯有“亲临”，方能揭开其神秘面纱。

因此，在1986年哈雷彗星抵近地球时，人们就曾对它进行了一番仔细探测。2005年，美国航空航天局进行了“深度撞击”计划，在近距离拍摄“坦普尔-1”彗星后进行撞击，再对扬起的彗核物质进行探测，成为研究彗星内部成分的里程碑。而“菲莱”号的探测，显然比“深度撞击”的效果更佳。因为“菲莱”号携带了一根“钻头”，可以对彗星进行相对持久，而且更为深入的研究。

从航天的角度来看，“罗塞塔”号探测器的成功同样意义巨大。无论是对探测器的远程控制，还是“冬眠”又重新“苏醒”继续任务的过程，其中蕴含的科技含量都值得玩味。而且，“罗塞塔”号和此前的“深度撞击”计划，其核心都是让航天器接近彗星，并朝彗星释放物体。这样的做法有助于让人类积累向小天体发射物体的经验，此后一旦出现威胁地球的小天体，可采取措施，不至于在灾难前束手无策。■