隼鸟2号：准备着，为第二次着陆采样
上回说到，经过一发炮弹的轰炸，小行星“龙宫”上被成功撞出了一个直径10多米的人造撞击坑。
光学导航相机ONC-T拍摄。来源：JAXA、东大等[1]
那么…第2次着陆采样还能安全进行么？为了确认这一点，JAXA计划安排2-3次（实际进行了3次，原因后面会讲到）着陆采样前的降轨考察工作。嗯，跟第一次着陆采样前一样一样的。
熟悉之前推送的小伙伴们会知道，内容也还是一样的配方还是熟悉的味道：
- 详细调查着陆区一带地形
- 判断能否安全着陆
- 选择着陆点
- 丢下标记球（TM）
3次准备工作均被称为“低高度降下观测”，分别安排在了：
- 5月14-16日，代号PPTD-TM1
- 5月28-30日，代号PPTD-TM1A
- 6月11-13日，代号PPTD-TM1B
PPTD这个代号是投下撞击器之前就定下的，意思是“精准着陆”（pinpoint touchdown），看着就挺啰嗦的样子…反正就这么用着吧
至于彼时粗选出的预定着陆区嘛…有3大区域共13个之多（下图黄圈）。C01是生成人工撞击坑的区域，S01是扔下撞击器（SCI）之前选定的备选着陆区，L14是撞击之后新选出的区域。
3次“低高度降下观测”之前粗选出的13个备选着陆区（黄圈），每个都在直径6-12米范围。来源：JAXA[1]
那这3次“低高度降下观测”中又发生了什么呢？让我们一一看去。
第1次低高度降下观测并不顺利。
这次降低飞行原本的计划有两个：一个是降到距龙宫表面35米以下拍摄备选着陆区的高分辨率照片（之前的炸后观测只降到了1.7公里），另一个就是投下第2颗标记球（TM）。
然而，
5月15日，隼鸟2号从20公里高的悬停位置开始下降，但降到50米高度处时，隼鸟2号自主判断认为发生故障，于是降落计划终止（normal abort），隼鸟2号开始自主上升并于5月17日回到悬停位置。
第1次低高度降下观测流程，时间是日本时间。来源：JAXA [2]
标记球没能扔下去。
不过幸运的是照片倒是拍了一些，所以也不是完全没有收获。
这次探测表明，三块备选着陆区里，C01似乎是最合适的采样区，这里大量分布着人造撞击坑挖掘出的地下物质的溅射物，是获取龙宫地下物质成分的极佳采样点。至于进一步安全判断，就要留待接下来的探测来了解了。
在更低的位置（左）0.5公里，（右）0.6公里高度拍到了备选着陆区更高分辨率的照片。来源：JAXA、东大等[2]
降落了一半出现故障然后中止返航，这事儿隼鸟2号不是第一次遇到了，因为隼鸟2号的系统设置是超级超级小心谨慎的，一旦检测到了任何微小的异常（比如某个传感器的输出异常），那么探测器就会触发normal abort状态，自动终止降落并上升返回。（嗯，发现任何不对，立刻撂挑子就跑
记性好的朋友们可能还记得在进击的隼鸟2号里，第一次着陆采样演习（TD1-R1）中也发生了类似的事故。
在那次里，原本打算降落到距离龙宫表面50米以下高度的隼鸟2号只降到了600米左右就自动中止并返回了。
那次隼鸟2号项目组推测，可能的原因是龙宫表面太暗了，以至于用于检测探测器到小行星表面距离的激光高度计（LIDAR）无法进行测量导致的[3]。
那这次又是为什么会自动停止降落呢？还是LIDAR的问题，LIDAR接收到的高程数据又有异常了。
所谓激光测高，就是主动向龙宫表面发射激光，然后接收反射回来的激光，通过往返时间来推算探测器此时距离小行星表面的高度。随着距离小行星表面越来越近，LIDAR接收激光的敏感度也需要随着距离调节，隼鸟2号的系统设置里，当高度低于50米时，接收激光的敏感度会有一次系统的自动调节（从LIDAR切换到近距离激光测距仪LRF）。
这次的问题出在：由于噪声信号的混入，LIDAR返回了一个异常的高度值。
但隼鸟2号这一年多来升升降降那么多次，为什么大部分情况下都没有发生这样的故障呢？项目组表示，因为混入噪声信号是随机的，并不会每次都发生，所以大多数情况下都一切正常，没能体现出LIDAR系统的这个bug。
怎么避免这个问题呢，隼鸟2号项目组表示下次会注意用可靠的方法避免噪声信号混入的。
不过既然这次没能扔下标记球，那么接下来的两次降下探测似乎都不可避免了。
由于第1次已经缩小了备选着陆区范围，所以第2次低高度降下观测（PPTD-TM1A）的目标就很直接了：把标记球TM投进C01-C区域。
候选着陆区L14、C01和S01区域的位置。来源：JAXA[4]
这次下降行动非常顺利。
5月29日开始下降，30日降至约35米高处，悬停了一段时间之后再次下降，降至约9米高处成功投下标记球TM，然后上升返回，31日回到悬停位置。全程最低高度8米。
2019年5月30日隼鸟2号PPTD-1A下降观测及丢下标记球的过程，时间是日本时间。来源：JAXA[4]
标记球对安全着陆有着至关重要的作用。隼鸟2号每次着陆之前会先释放一枚标记球，然后在降落过程中用闪光灯（flash）对标记球打光，反射着光的标记球会像一座“小型灯塔”一样为隼鸟2号指路，探测器由此可以得知自己的位置的变化。在隼鸟2号：第三次采样演习顺利完成，第一次着陆采样要延期了里我们介绍过，隼鸟2号一共携带了5个标记球，第一个标记球是在着陆采样第三次演习（TD1-R3）里投下的B球，第一次着陆采样也是用的这个标记球。
隼鸟2号释放第一个标记球打光后拍摄的照片，圆圈中的小白点就是被照亮的标记球，旁边是隼鸟2号的影子。来源：JAXA
而这次投下的则是A球。
所有参与这次“送你的名字去“龙宫””活动的参与者，可以在https://www.haya2-campaign.jp/搜索自己的名字被具体搭载在了什么位置。改编自：JAXA[4]
投下标记球后，光学导航相机ONC-W1随即对标记球A做了跟踪拍摄▼
5月30日11:18-11:26（机上，日本时间），ONC-W1相机在约8-68米高度连续拍摄的标记球A。来源：JAXA[5]
ONC-T相机也拍到了标记球▼
5月30日11:26（机上，日本时间），隼鸟2号上升时拍摄的，高度约在71-72米。来源：JAXA、千叶工大[6]
搭载在采样杆上的CAM-H相机（有朝一日，咱们一定得唠唠这个了不起的小相机！）也从它独特的视角拍摄到了标记球▼
5月30日11:18-11:19（机上，日本时间），CAM-H相机在约8-15米高度连续拍摄的标记球A（10倍速）。注意只有最开始几帧的右下角可以看到，后来随着隼鸟2号的上升，就出了CAM-H相机的视线范围了。来源：JAXA[5]
本次投下的标记球A实际落下的位置（下图白点）和计划位置（下图黄点）只差了3米！比第一次投下的标记球B还要精准（第一次差了15米）。
标记球A投下的位置。黄色虚线圈是撞击器SCI撞出的人造撞击坑。来源：JAXA[4]
据项目组的分析，投放精度的提升可能有以下三个原因：
1、导航控制系统设计的提升；
2、“龙宫”重力场模型的更新；
3、投放方案的改进（在悬停过程中投放标记球）
总之，perfect！
投下了标记球，准备工作就已经完成了一大半。接下来，第3次低高度降下观测（PPTD-TM1B）的任务就轻多了，只需要再次下降到C01区域上空，对C01-C着陆区进行最后的精细探查和评估就可以了。
但这里是否真的足够安全，隼鸟2号的第二次着陆真的可以进行吗？
这最关键的一个问题，还需要第3次观测来给出答案。
身负重任的第3次降下观测也顺利完成。
6月12日开始下降，13日降至约35米高处，悬停了一段时间之后再次下降，降至约9米上升返回，14日回到悬停位置。全程对C01区域和人造撞击坑区域都获取了足够的数据。
2019年6月13日隼鸟2号PPTD-1B下降观测的过程，时间是日本时间。来源：JAXA[6]
PPTD-TM1B期间光学导航相机ONC-T清楚拍摄了着陆区一带的地貌▼
2019年6月13日，从日本时间10:58（左上）-11:01（右下），以7秒间隔拍摄的28张照片拼接而成的备选着陆区地貌。拍摄高度在约52米到108米。来源：JAXA、千叶工大等[6]
基于这三次降下观测的结果，隼鸟2号项目组综合评估论证了这些要素：
总而言之，项目组认为：
1）采集龙宫次表层地下物质的样品有重要的科学意义；
2）探测器目前的健康状态可以完成第2次着陆采样；
3）尽管第1次着陆采样飞溅的尘沙对探测器的感光造成了一定的损害，但还没有严重到妨碍第2次采样。
因此，JAXA正式决定执行第2次着陆采样（代号PPTD），时间安排在7月9-11日，如果出了啥问题，还有一次替补采样安排在7月22日那周。
采样点选在投下标记球A的C01-Cb区域，半径范围3.5米▼
右图H是推算出的高程起伏最大的值（也就是着陆比较危险的区域），三途岩、小三途岩等石块的名字是临时取的昵称，并不是正式名字。来源：JAXA、东大等[6]
还记得第1次着陆采样的壮观场面么？7月，又要和“龙宫”短兵相接了呢！
我们下期再见！
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关于作者
灰原哀博士（haibaraemily），从事行星科学研究，本公众号主页君。更多精彩，欢迎关注公众号~
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[1] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190509_ver6.pdf
[2] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190522_ver10.pdf
[3] タッチダウン１リハーサル１（TD1-R1）の結果について
http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20180912/
[4] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190611_ver6a.pdf
[5] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20190708_PPTD_approach2/
[6] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190625_ver6.pdf