北京时间2023年9月24日22时52分，NASA取得了一项前所未有的成就，成功将太空中采集的贝努小行星样本安全地带回地球，为人类太空探索史书写新篇章。

OSIRIS-REx探测器历时超过62亿公里，最终成功抵达贝努小行星。在距离地球约101,000公里的位置，于9月23日释放了样本返回舱。这颗舱内装载着来自贝努小行星的大约250克岩石和其他物质，这些珍贵的材料有望为科学家解答有关地球生命起源以及太阳系早期阶段的重大问题。

从大气层边缘到沙漠沙滩的下降过程仅持续了不到10分钟，结束了一段长达60多亿公里的探索之旅。这项价值十亿美元的OSIRIS-REx任务于2016年启航，2018年抵达贝努小行星，于2020年采集了这颗小行星的样本。

在NASA的计划中，他们将在约翰逊航天中心保留70％的样本，并在未来几年内对其进行详细研究。另外的25％将用于其他科研项目，其中一个备受瞩目的项目就是“太空气味香水”。

小行星贝努被选为采样目标，有何特殊之处？探测器漫长的采样返回任务借助了哪些新技术？需要克服哪些隐患？这项任务可能带给科学家哪些科学和技术收获呢？

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贝努是什么星？

贝努是1999年发现的一颗小行星，以古埃及神话中的不死鸟命名，其形状大致呈球形，像一个旋转的陀螺。奥西里斯-REx 探测器的高分辨率数据显示，它的表面很粗糙，有200多块直径大于10米的巨石，其中最大的一块直径为58米。巨石中含有长达1米以上的碳酸盐矿物。

有着45亿年历史的贝努小行星，就像来自太阳系演化早期的时光胶囊。它的碳有机分子中包含了地球生命的必要成分，以及在有水存在时能发生变化的矿物质。研究人员认为，地球上至少有一部分水和有机分子来自小行星。因此，贝努这样的小天体很可能为生命的起源提供线索。

NASA决定探测这颗小行星的另一个原因在于，2178年至2290年间，贝努撞击地球的总几率高达1800分之一，是最危险的小行星之一。

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新技术解决新难题

2016年，冥王号探测器升空，奔赴小行星贝努轨道，但它并非急不可耐地登陆小行星“开工”，而是先在距离贝努仅1.6～2.1公里的轨道上绕行。这也是探测器首次成功地环绕体格和引力如此小的天体长期飞行。

样本舱在贝努表面采集到约250克岩石和土壤样品

在此后的1年多中，冥王号探测器精细地调整轨道，在各种高度上地毯式扫射小行星贝努表面的每一寸。对部分需要重点考察的区域，探测器的飞掠高度甚至低到了250米。在这些近距离考察下，贝努这个地基望远镜里的小亮点已经成为人类在太阳系中最了解的小行星之一。比如，2018年底，探测器在贝努表面发现了水的痕迹。

虽然前期准备足够精细，但在采样工作正式开始前，难题又一次摆在了科学家面前。原本科学家打算在贝努表面找一块直径约50米的平坦区域作为着陆区，结果却发现贝努表面崎岖多石，最终的作业区直径只有6米。如果探测器整体着陆贝努表面，很有可能激起大量粉尘碎屑，引发电子设备短路和机械故障，因此采样过程必须尽可能地快捷高效。

为了克服全新的困难，探测器应用了全新的技术和方案。科学家起初规划使用激光测距作为探测器着陆、采样阶段的主要导航定位手段。计划变更后，科学家又设计出一种基于光学影像的备用导航定位方案——自然特征跟踪技术。简单地说，冥王号探测器在降落过程中不断实时拍摄作业区附近的照片，将这些照片和三维地形、影像数据库进行比对，匹配特征鲜明的石块作为地标，不断更新自身的实时位置、速度和计划采样位置。如果检测到拍摄的影像里有危险障碍物，探测器还可以自主撤离。

接下来，冥王号探测器伸出了末端为圆球状的采样器铰接臂，采样器头部向小行星表面尽量延伸，借助航天器缓慢下行轨道的动量，轻轻地接触小行星表面。就在铰接臂与小行星表面接触的瞬间，探测器发射了压缩氮气，吹卷起小行星表面的灰尘碎石，迅速将其收集到采样器中。说来话长，实际上，探测器正式作业时间不过是10秒之内，堪称“蜻蜓点水”，完成了历时7年任务的最关键一步。

随着探测器远离贝努，采样器头部在多个不同位置移动的图像被用于评估，最终显示采集样本远超过任务要求的60克，探测器可谓“满载而归”。

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样本怎样返回？

两年4个月的返回飞行中，奥西里斯-REx 探测器基本上处于低功耗模式。随着探测器逐渐接近地球，NASA唤醒了它的某些系统，提高了探测器的功率，确保其轨道和方向能准确抛下样本返回舱。最小的错位也可能导致任务失败，让返回舱以毁灭性的速度坠落或者完全错过地球，飞向太空。

在地球上空约10万公里高度，样本返回舱与探测器分离。探测器启动发动机以偏离地球，朝着新的任务目标——阿波菲斯小行星（Apophis）飞行。它将更名为奥西里斯-APEX（“奥西里斯-阿波菲斯探测器”的缩写），计划2029年进入阿波菲斯小行星的轨道，执行为期18个月的探测任务。

样本返回舱在分离约4小时后进入地球大气层。随着空气密度越来越大，它完全被包裹成一个火球。防热层能吸收和消散再入过程中产生的热量，其形状减缓了返回舱的下降速度，让它不会因空气燃烧摩擦而解体。在减速最激烈的阶段，返回舱将承受32倍于自身重量的力。

进入地球大气层约两分钟后，返回舱承受的力下降至自身重量的1.4倍左右。此时，锥状降落伞展开，将返回舱的飞行从高超音速减到亚音速。

返回舱进入犹他州国防部测试训练靶场上空16公里空域时，地面雷达站开始跟踪，并将着陆位置确定在9米范围内。距离地面约1.6公里处，主降落伞展开。最后，返回舱降落在该靶场58公里×14公里的着陆回收区内。

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科学成果拭目以待

美国东部时间9月24日，冥王号探测器样本舱成功降落在盐湖城外的沙漠中。在样本舱着陆后，科学家迅速动用直升机，将其运到休斯敦约翰逊航天中心的无尘室中进行整理。

按美国宇航局公布的计划，在接下来的两年里，这些样本的25%将被送到多国约200名科学家手中进行研究。其余75%的样本很可能被存放数十年。随着技术进步，各种奇妙的新想法和新技术必将涌现，美国宇航局会征集各国科学家的建议，适时取出部分样本开展研究。

那么小行星贝努的样本有可能为人类带来哪些新成果？我们通过“拆分”探测器的名字，有望根据其科学目标作出预判。

“冥王号”的专业名称为“源光谱释义资源安全风化层辨认探测器”，英文缩写为“OSIRIS-Rex”。具体来看，O即Origins起源，科学家希望采样分析一颗富含碳的原始小行星，研究其矿物质和有机物的成分、分布、演化史；SI 即Spectral Interpretation光谱解释，也就是阐释贝努的整体属性，与地基望远镜观测其他小行星的结果进行对比研究；RI即Resource Identification资源识别，指的是探测器要绘制贝努的全球属性、化学和矿物学地图，确定其地质演化史，助力样本研究工作；S即Security安全，探测器在一颗潜在危险的小行星上测量亚尔科夫斯基效应（一种由旋转的小行星释放热量所引发的力，这种力可以逐渐改变其轨道），并研究小行星的哪些特性引发了这种效应；REx即Regolith Explorer风化层探索者，探测器精细勘测取样区域的表面物质风化层，记录其结构、形态、化学和光谱特性等。

事实上，冥王号探测器的任务远比普通人想象的更加复杂。将小行星贝努的样本送回地球后，它不会“功成身退”，而是“再踏征程”。预计它将从地球“借力”，利用引力弹弓加速，马不停蹄地前往小行星阿波菲斯，同时改名为“阿波菲斯探险者”。

阿波菲斯同样是潜在危险小行星，体格更小，直径约370米，预计2029年将距离地球约3.2万公里。届时，探测器将对它进行全面考察，以便研究近地小行星的运动特性。显然，探测器这样复杂的变轨机动对于地面团队是宝贵的锻炼经验。