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日本科学家设计太空“武士刀” :计划切割小行星取样

北京时间11月22日消息,如果你要去太空里切什么东西,你会选择带什么工具去?或许“武士刀”你也可以考虑一下。对,就是你想的那种日本武士刀。为什么呢?因为制作武士刀的回火钢的硬度真的很高,非常锋利,似乎很适合胜任太空任务。

▲“隼鸟2号”探测器拍摄的“龙宫”小行星

▲“隼鸟2号”释放的着陆器拍摄的“龙宫”小行星地表图像

▲“隼鸟2号”释放到小行星地表的着陆器

▲探测器释放新型撞击采样器并回收的过程步骤示意图

▲设想中的新型采样器近照

现在,还真的有人准备这么干了。近日,有一个三人研究小组正在与一位日本的武士刀制作大师合作,他们准备制作一种用于未来小行星取样的工具,当然,使用的是与武士刀一样的钢材。

日本已经在小行星探测领域建立起一定的优势,他们发射的“隼鸟”号探测器将小型机器人送上了“系川”小行星表面,并成功取回了微量的小行星表面样品。而其后续的“隼鸟2号”探测器则已经抵达小行星“龙宫”,其释放的小型漫游机器人从这颗小行星的表面传回了令人惊叹的精美图像。但这是一回事,回顾“隼鸟”探测器惊心动魄的旅程你就会知道,要想实现小行星取样返回完全不是听上去那么简单容易。这也正是为什么科学家们在不断探索更加可行可靠的创新办法的原因。

近日,有一篇论文发表出来,作者包括一位已经70岁高龄的日本武士刀制作大师以及一个来自日本神奈川工科大学的研制团队,他们在论文中阐述了他们使用多种不同的钢材设计岩芯取样器的情况。其中4种方案中都使用了所谓“玉钢”,这正是日本武士刀使用的材料。作者在论文中提到:“为了达成钻头所要求的锋利和可塑性要求,我们借鉴了传统日本武士刀制作的技艺。”

据说“玉钢”的制作使用的是日本一处专门海滩上的铁砂原料,将其熔化之后进行剑体的锻造,并经过反复多次的高温-淬火的过程。

你可以看到,他们的具体设想并非是让探测器挥舞着武士刀去切下来一块小行星物质,而是使用武士刀的材料制作取样钻头,并让探测器以极高的速度向小行星地表发射。

最终制作出来的取样器是一种小型的圆柱状装置,头部向内收缩。探测器将这种取样器高速射向小行星。理论上,它将钻入小行星地表之下,并将样本采集到其内部。采样器后部有连线与飞船相连,用于最终回收采样器。

回到2005年,日本在实施“隼鸟”计划时已经体验了一遍小行星地表采样的困难程度:几次采样尝试均以失败告终,尽管最后还是采集到了极少量的尘埃颗粒,大约1500多颗尘埃颗粒被送回了地球,但实际上根据设计,原本应该可以采集到多得多的量的。

在数以百万年计的宇宙射线,紫外线和X射线照射轰击下,小行星地表处于“风化”状态。因此,完全表面的样本并非小行星真正的“原始样本”。只有更加深入,接触到地表下的未风化的原始岩石,对于研究太阳系早期历史等课题才更有价值。

但即便是采集地表的样本都困难重重。就说一点,小行星质量小,引力很小,每次当准备进行采样时,采样器都很容易被地表反弹回来——你会有一种使不上劲的感觉。

另外,你可能会以为小行星就是一块固体的结实的太空岩石,但其实并非如此,它们很多时候更像是一堆堆在一起的碎石块,非常不稳定。而要想对这样的目标进行取样,难度是很大的。

事实上,小行星一般都比较遥远,这就意味着我们很难准确事先知道它们的组成物质是什么样的,具有何种物理性质,这样就导致很难提前进行针对性的设计。比如有的小行星物质组成中含有大量水冰,在被加热时可能会发生气体爆发。

目前,这个日本团队已经对他们设想的新型采样器进行了一些测试,在几次测试中这款采样器成功击穿水泥板并取到了一些样本,但是也有几次在试图回收取样器时样品会从中间的孔洞里掉下去,因此他们正在设法加装一种在取样后防止样本掉出来的机构。

另外,他们目前测试的都还只是这种采样器结构的设计合理性,还没有正式进行使用“玉钢”材料制作的采样器测试,原因很简单:这种材料实在太贵了。

但不管如何,对于这种新型取样器的设计测试毕竟已经开启了第一步。除此之外,项目团队成员也表示,武士刀带有浓浓的日本文化元素,因此他们希望通过这一项目能够让日本的太空项目带上一些“人文元素”,在他们看来,这也算是一种太空项目与地球上的社会乃至文化历史之间的某种联系与传承。