跋涉八年，欧洲“贝皮·科伦坡”终于摸到了水星的门

艺术家绘制的贝皮科伦布号推进模块（底部）与两个科学轨道器分离的示意图。

图源：ESA/ATG medialab 和 NASA/JPL

本周，欧洲空间局主导的“贝皮·科伦坡”（BepiColombo）水星探测任务，在长达八年的星际长途跋涉中迈过了一道关键关口。它的目的地，是太阳系最内侧、被烈日炙烤的铁质世界，水星。

任务性质：机器人科学探测器，由欧洲空间局（ESA）牵头，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）与美国NASA参与研制。

总花费：约20亿美元。

发射时间：2018年。

入轨计划：预计2026年11月21日进入水星轨道，科学观测最早于2027年4月正式开始。

航天器构成：由三部分“叠罗汉”组成——欧洲建造的“水星转移模块”与“水星行星轨道器”，以及日本建造的“水星磁层轨道器”（昵称Mio）。

一、比去冥王星还“费油”的旅程

很多人对星际旅行的第一直觉是“越远越难”，但水星恰恰是个反例。NASA的“新视野号”飞掠冥王星用了近十年，而“贝皮·科伦坡”要做的不仅是抵达比地球离太阳近得多的水星，还要真正被水星的引力捕获、进入环绕轨道，这项工作所需的速度增量（delta-v），反而比飞掠一次冥王星还要高。

水星转移模块上的监测相机在2025年1月8日飞越水星时，拍下了这张布满陨石坑的水星表面图像。图源：ESA/BepiColombo/MTM

水星围绕太阳飞驰的速度极快，探测器想要“追上”它并被其引力捕获，必须先把自己从地球出发时的高速状态大幅“刹车”减速。为此，“贝皮·科伦坡”的飞行路线堪称史无前例：先后借助地球、金星和水星本身的引力，完成了多达九次行星借力飞掠，一步步调整轨道，才为今年晚些时候进入水星轨道创造了条件。与此同时，探测器还携带了迄今送入深空的最强大电推进系统，四台离子推力器，在历次借力飞掠之间不断修整其环绕太阳的轨道。

二、一次“太空断舍离”：抛掉推进舱

如今，“贝皮·科伦坡”距离旅程终点只剩几个月，那套服役八年的离子推进系统也完成了自己的使命。本周四，探测器正式抛离了搭载离子推力器的“水星转移模块”，在长达八年的巡航途中，正是这个模块负责发电与提供推力。

但进入水星轨道前，这个模块必须被甩掉。“贝皮·科伦坡”本质上是一个“三合一”的航天器叠层：欧洲建造的水星转移模块与水星行星轨道器，加上日本建造、昵称“Mio”的水星磁层轨道器。本周四的分离，只是甩掉了已经完成使命的转移模块；欧洲与日本的两台轨道器仍会捆绑在一起继续飞行，直到12月两者抵达水星初始轨道后再各自分开。届时，两台轨道器将各自用自己的仪器展开科学观测，而失去用途的转移模块则成了一堆“死重”，无需再带在身边。

三、极端环境下的“高风险手术”

像这样在如此严苛的环境中主动“肢解”航天器，此前从未有任务尝试过。转移模块的分离发生在距太阳约3900万英里（约6300万公里）处，不到地日距离的一半，探测器要承受极端高温与强烈太阳辐射的双重考验。

“这基本相当于重新发射一枚新的航天器，其中蕴含着相当大的风险。”——伊格纳西奥·坦科（Ignacio Tanco），欧空局内太阳系任务运控负责人

他解释说，抛掉转移模块之后，剩下的航天器必须立刻自行接管发电、推进、姿态指向与热控制等一系列此前由转移模块承担的任务，而这一切都发生在紧贴太阳飞行、稍有差池就可能致命的环境里。

“分离是否成功，我们只有在完成之后才能知道；而且这次会启用姿态控制系统里的好几个全新传感器和机构。”——伊格纳西奥·坦科

此前，探测器上包括最好的相机在内的多台科学仪器，一直被转移模块遮挡，无法工作。坦科表示，“只有等转移模块脱离之后，这些仪器才能第一次真正‘看到’外界。”

这张信息图展示了贝皮科伦布号任务抵达水星的关键步骤。图源：欧洲空间局

从目前掌握的信息看，本周四的分离操作一切顺利：探测器按预先设定好的指令完成断电与解锁，四根弹簧随即将两部分推开。地面收到的遥测数据显示，水星行星轨道器的太阳能帆板已经开始正常发电。

“在巡航阶段，它们一直没能照到太阳。现在我们已经确认，航天器的功率余量是正的，太阳能帆板正在为分离过程中耗电的电池重新充电，这一切都是极好的消息。”——艾尔莎·蒙塔尼翁（Elsa Montagnon），“贝皮·科伦坡”航天器运控经理

通往水星的这段旅程并非一帆风顺：2024年，探测器的离子推力器一度出现部分动力损失，工程师们不得不将巡航期延长一年，以弥补推力不足的影响。截至目前，“贝皮·科伦坡”已经飞行超过60亿英里（约100亿公里），目前的计划是在11月21日实施机动，进入环绕水星的轨道。

四、为什么非要送两台探测器去水星

“这是一次雄心勃勃的任务。水星是一个极具挑战性的目的地：抵达它很难，在如此靠近太阳的极端环境中运行也很难。但这次任务真正独特的地方在于，这是人类探索太空以来第一次同时把两台航天器送到水星附近，并让它们双双环绕这颗神秘天体运行。这将为人类和科学界带来前所未有的水星视角，为我们理解太阳系打开新的一页。”——桑塔·马丁内斯（Santa Martinez），欧空局“贝皮·科伦坡”任务经理

任务的名字来自意大利数学家、工程师朱塞佩·“贝皮”·科伦坡（Giuseppe “Bepi” Colombo），他是轨道力学领域的先驱之一，当年正是他帮助NASA设计了借助行星借力飞掠的轨道方案，使“水手10号”得以在20世纪70年代三次飞掠水星。到了2011年，NASA的“信使号”（MESSENGER）成为首个进入水星轨道的探测器，完成了这颗无大气行星的首幅全球地图，并于2015年结束使命。

如今，接力棒交到了“贝皮·科伦坡”手中。

“还有大量未知等待我们去揭晓。我们需要绘制整颗行星的高分辨率地图，回答“信使号”首次详细勘测水星系统后留下的诸多问题。”——杰兰特·琼斯（Geraint Jones），欧空局“贝皮·科伦坡”任务项目科学家

乍看之下，水星很像月球：布满陨石坑、色调单一的灰色地表，长期遭受辐射和微陨石轰击。和月球两极部分陨石坑坑底可能存在水冰类似，水星极区背阴的坑底也被认为可能藏有水冰。

“我们想用肉眼看不到的‘新颜色’去观察它，从而了解它到底是由什么构成的。”——杰兰特·琼斯

按照分工，欧洲建造的轨道器将飞得更靠近水星，搭载相机与各类仪器研究水星表面；日本的轨道器体积更小，运行在更高的轨道上，重点搭载探测磁场、等离子体与尘埃的传感器。如果后续的入轨与分离环节一切顺利，常规科学观测预计将于明年4月正式启动。

“同时拥有两台探测器在那里，这本身就是开创性的——它将极大帮助我们理解太阳风对水星这类行星的影响。所以归根结底，我们想弄清这颗行星从何而来，又为何变成了今天这个样子。”——杰兰特·琼斯

五、结语

从2018年发射至今，“贝皮·科伦坡”已经在太阳系里绕行了八年，飞过地球、金星，反复借力水星本身，只为了在合适的速度上与这颗炙热的内侧行星“相遇”。本周的推进舱分离，是这场漫长旅程中最惊险的一步之一，也意味着探测器已经卸下包袱、轻装上阵。11月的入轨、12月的两器分离、次年4月的科学观测启动，接下来的每一步，都会决定人类能否第一次真正看清这颗离太阳最近的世界。

参考