在近年热播的科幻电视剧《苍穹浩瀚》中，曾构想过一群特殊的人类，因移民太阳系的小行星带，他们世代生活在低重力环境下，使身材变得异常瘦高，且再也无法耐受地球重力，甚至都无法在地球自行站立。
如此细腻的背景构想，仿佛意喻人类殖民小行星已指日可待，然而事实上，人类对小行星的认识十分有限，尤其是对位于外太阳系，与木星共轨的特洛伊小行星群更是知之甚少。不过，随着10月16日美国宇航局研制的露西号小行星探测器的成功发射，这一“人类知识盲区”有可能被刷新。
露西号探测器将探测8颗小行星
探测行星“化石坑”
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据美媒报道，“露西”将在为期12年的时间内飞越1颗主带小行星和在与木星相同轨道上绕太阳运行的7颗特洛伊小行星。这将是人类航天史上首次对特洛伊小行星群开展探测，还有望创下一次任务探测8颗小行星的数量纪录。
在文章开头提及的科幻剧中，人类移民的小行星是我们较为熟悉的主带小行星，它聚集在火星和木星之间的轨道中，像一条“分界带”把太阳系划分为“内太阳系”和“外太阳系”。而“露西”着重探测的木星特洛伊小行星群则不属于主带小行星，而是聚集在遥远的外太阳系。更特别的地方在于特洛伊小行星和木星“共轨”，沿着相同轨道绕日旋转，但不同于主带小行星的均匀分布，特洛伊小行星分为两群分列木星前后，分别聚居于太阳和木星的第四和第五拉格朗日点。
火星和木星之间的小行星带
“露西”之所以要专程探测这片小行星，是因为根据目前的行星形成和演化模型，特洛伊小行星很可能是形成外太阳系行星（木、土、天、海）的原始物质。由于它们一直聚居在拉格朗日点的稳定环境下，很可能保留了近40亿年前太阳系的原初状态。
这些原始天体就像“化石”一样为破译太阳系的历史，以及包括地球在内的所有行星形成和发展的环境提供了重要线索。
这也正像探测器的名字“露西”一样，取自一块于1974年发现的南方古猿阿法种古人类化石，被认为是目前发现的最早“人类”化石，这块化石的发现大幅革新了人类对自身起源的认知。“露西”以此命名，正是希望该探测器能通过对特洛伊小行星的研究，革新人类对于太阳系起源和早期的认识。
令人惊讶的是，虽然特洛伊小行星的历史统一且久远，但星体成分却多种多样。根据光谱分析结果，仅此次探测就将涉及碳质（C型）和可能包含有机物（D、P）的小行星，此外还分布有金属和硅质小行星。这种多样性可能意味着它们在太阳系的不同位置形成，并随着行星的形成和演化而被“运送”到它们当前的轨道上。
因此，“露西”的科学任务目标是利用其携带的科学载荷获取探测目标的形状、反射率，绘制陨石坑空间、大小和频率的分布图；确定地壳结构和分层的性质，并估算小行星表面的相对年龄。
另外，“露西”还将扫描小行星表面的成分和土壤特性，以确定矿物质、冰和有机物的分布，以及获取小行星内部的质量和密度数据，并通过对陨石坑、裂缝、喷射物和裸露床层的探测来探究地下成分。
载荷省钱用“旧货”
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虽然“露西”任务目标很远大，但项目本身并不庞大，作为美国宇航局旗下“发现级”行星科学计划的任务，耗资仅9.81亿美元，与将在今年12月发射、耗资近百亿美元的詹姆斯·韦伯望远镜相去甚远。“露西”秉承“少花钱多办事”的思路，最早提出于2014年，2017年正式批准实施，4年后即顺利升空。
在厂房进行组装测试的露西号探测器
“露西”之所以耗时短，效费比高，主要在于充分利用已有技术资源。探测器由洛克希德·马丁公司负责总包，探测器平台继承自奥西里斯-雷克斯号小行星采样返回探测器，科学载荷则融合了“新视野号”和“奥西里斯-雷克斯号”，并采用成熟的化学推进方案。
该探测器发射重量为1550公斤，干重821公斤，由于特洛伊小行星带远离太阳，因此配备了两个由美国宇航局提供的巨大可展开圆形太阳能电池板，单板直径7.3米。展开前探测器仅有3.95米宽，展开后高度达7.28米，宽度达14.25米，有效电池面板面积达到51平方米。即使在特洛伊小行星带附近，太阳光强不足地球3%的情况下，仍可产生500瓦电力，而“露西”在探测小行星过程中仅需82瓦电力即可确保载荷正常工作。
露西号探测器配备有两个由美国宇航局提供的巨大的可展开圆形太阳能电池板
探测器上共携带了3台仪器，都是充分利用已有探测器技术的成果，派生自“奥西里斯-雷克斯号”的“露西热发射光谱仪”将通过观测热红外光谱来测定特洛伊小行星表面温度，帮助认识表面物质的物理特性。派生自“新视野号”的“露西远程侦察成像仪”为高分辨率全色可见光相机，将在冥王星的经典“比心图”和“天涯海角”的“葫芦图”之后，带来最详细的特洛伊小行星表面图像。
还有同出自“新视野号”的“露西拉尔夫”由两部分组成，其中“线性标准具成像光谱阵列”为红外成像光谱仪，而“多光谱可见光成像相机”将拍摄特洛伊小行星的彩色图像，以帮助确定星体成分。
帆板未锁埋隐患
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2019年初，美国联合发射联盟公司成功获得本次发射合同，总额为1.483亿美元，采用宇宙神5火箭的401构型发射。
宇宙神5火箭成功将露西号探测器发射升空
该火箭凭借“百发百中，准时准点”的傲人业绩，拿下此次任务并不意外。之所以强调“准时”，是因为“露西”轨道设计很复杂，要进行一系列飞掠以实施引力加速，将在2022年10月、2024年12月和2030年12月先后三次飞越地球，这就要求发射必须在10月份进行。
该探测器发射后经历两次地球引力加速，然后直奔木星轨道，并在2025年4月顺带飞掠首个探测目标——1颗主带小行星，在探测过程中各科学载荷将“小试牛刀”，为后续探测积累经验。
2027年左右，探测器将抵达木星轨道的L4特洛伊小行星群，并先后探测4颗特洛伊小行星，其中1颗小行星还包含有1颗刚被哈勃太空望远镜发现、直径仅有1公里的卫星。
随后，“露西”将耗时5年进行一次漫长“转场”，从L4转移到L5小行星群，在2033年探测一个由2颗小行星组成的双星系统。至此，在经历长达12年的过程后，“露西”将完成原定的8颗小行星探测任务，若届时探测器仍有余力，则可以继续选定新目标，为人类探索更多未知。
整个探测计划看似精妙且完美，但现实总是充满坎坷。“露西”升空后不久，美国宇航局便宣布未能接收到探测器一侧太阳能电池板的展开锁定信号，因此无法确认该侧电池板是否展开和锁定到位，这为探测器后续埋下了隐患。但美国宇航局坚称探测器目前工作稳定，供电已达到18千瓦的预期水平。
露西号探测器的太阳能电池板展开过程示意图
话虽如此，电池板的问题还是对后续有效载荷开机测试和调校产生了一定影响，但作为一次有望刷新人类认知的任务，我们还是希望它的旅途一路顺风。
文/ 王鑫