隼鳥號小行星探查機 @ 小比爾的部落格

地球、金星與火星等行星因為受到其大氣與水的風化與地層變動，所以與誕生外貌時有極大不同；而繞太陽公轉的小行星則與剛誕生時有幾乎相同的狀態，這表示小行星可以被當成擁有過去訊息的時間膠囊。

隼鳥1號是要建立把小行星表面樣本帶回地球的技術促使人類了解何種原始物質與過程牽涉到太陽系誕生與行星形成後太陽系的樣貌。

隼鳥1號(Hayabusa/Muses-C)是日本第三個工程實證機，其任務是實證未來行星探查所需的工程技術，主要有五項工程技術在太空中被驗證：

1.利用高燃料效率的離子電漿引擎在行星際飛行

2.自動導航系統太空船使用光學訊息辨認本身位置、自動飛行與遙遠的小行星會合

3.在微重力下採集塵土樣本

4.藉由地球重力的拋擺(swing by、引力協拋)幫探查機加速與進行方向轉換

5.具有抗高熱設計的返回膠囊

隼鳥1號在2003年5月9日由M-V火箭發射，不久離子引擎隨即啟動順利展開飛向小行星糸川的旅程，離子引擎是將帶正電的粒子(離子)施以高電壓使其加速成為噴射流噴出，藉此使探查機加速的裝置。2004年5月藉由地球引力協拋讓探查機加速，所謂引力協拋是指利用天體重力改變探查機的軌道或速度的技術。若想達到符合預期的變動軌道與加速必須精密控制探查機通過地球時的距離與方向，探查機要飛行數千萬公里的距離才能接近小行星但位置上的精密度卻只容許一公里的誤差。

經過離子引擎連續加速的長期飛行，在2005年9月12日與糸川小行星成功進行會合。開始一個多月的遠端科學觀測與地形測量，糸川是一個形狀細長歪扭的小型小行星，大約12小時自轉一圈，根據隼鳥號的觀測得知長度為540公尺左右，表面幾乎沒有隕石坑而是遍佈著岩石。

11月隼鳥1號開始3次降下飛行與2次觸地，降下飛行之前隼鳥1號裝備有三具藉由改變圓盤旋轉數來控制姿態的裝置稱為"反作用輪(reaction wheel)"有二具已故障，因此只能利用僅存的一具反作用輪加上化學引擎一起控制姿態。隼鳥1號雖然陷入困境但為了完成採集塵土的任務仍舊在正式降落前進行了三次降下飛行演練，第三次降低到55公尺高度並把"米內華(Minerva；Micro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid 超小型小行星探查用機器人)"投下但遺憾的是由於分離時機點沒有抓準米內華未能降落在小行星上。2005年11月20日終於送出第一次著陸的指令，當到達糸川上方54公尺的高度時投下刻有149個國家、88萬人名的"目標標示器(target marker)"作為著陸點標記。隼鳥1號著陸於小行星表面大約30分鐘後離地，不過並未成功採集樣本。11月26日挑戰第二次著陸這次過程相當順利著陸後的上升也正常進行。兩次著陸之間飛騰起來的塵粒被柱狀形塵土收集器給吸入(事後從回到地球的返回膠囊裡證實)。

2007年4月開始軌道轉移返回地球，之間雖然曾發生故障、大小問題不斷但始終能克服萬難恢復功能，包括化學引擎用的燃料洩漏使得隼鳥1號的姿態大幅偏離導致暫時無法通訊，其姿勢偏離問題經由把離子引擎的燃料---氙氣不經過離子化而直接噴出一點一點地把姿態矯正回來；通訊中斷期間隼鳥號只開著收訊機與最低限的指令解讀裝置，發訊機不會自動豎起因此隼鳥號本身不會發出無線電波告知狀況，必須從地球上一直呼叫等待其給予回應，而且因為加熱器的開關也關閉所以收/發訊機也處於冰冷狀態無法得知它能接收到發自地球哪種頻率之無線電波的呼叫，也不知隼鳥號會以哪種頻率回應，這使得隼鳥號延期返航。但因隼鳥號的形狀設計在持續自轉時可自然地保持姿態穩定因此倘若太陽能電池板沒有朝向太陽或是通訊天線沒有朝向地球，其能夠復原的機會很高，過了7星期在2006年1月地球的呼叫得到回應通訊恢復正常。

2009年11月隼鳥號的D離子引擎運轉了大約1.5萬小時突然停止，只剩下一具C離子引擎正常但其也運作很長的時間，性能已經降低因此光靠C引擎會導致馬力不足返回地球的時間會延到2013年，事實上離子引擎是由離子產生器與中和器所構成，如果離子產生器放出帶正電荷的氙離子則隼鳥號整體會變成負電荷，這樣放出的氙離子會被帶負電荷的隼鳥號吸引回來導致無法順利加速，因此從中和器釋出帶負電荷的電子使其與氙離子中和避免隼鳥號帶有負電荷。運作小組只好出絕招把起飛沒多久就運作不順的A引擎與返航前發生故障的B引擎兩者可用部分組合起來(A引擎之中和器與B引擎之離子產生器還處於可運作狀態)當作一具引擎加以運用度過此難關。

2010年5月隼鳥號來到距離地球大約1600萬公里的位置，剩下的考驗是回收裝有糸川小行星塵土樣本的返回膠囊，想要降落在正確地點必須精密控制隼鳥號的軌道，因此前後5次利用離子引擎修正軌道。2010年6月13日返回膠囊在距離地球4萬公里的位置與隼鳥號分離，接著以每秒12公里的高速衝入地球的大氣層，返回膠囊被加熱到攝氏3000度左右，最後正確無誤地著陸在澳洲南部中央沙漠的 Woomera禁止區。

不同於傳統化學火箭引擎由燃料與氧化劑結合時產生動力推進，雖有較大推力但是燃燒效率差，
離子火箭引擎雖然推力沒有化學火箭高，但燃燒非常有效率，特別在長途的飛行上，只要能持續噴射離子引擎能夠達到極端的高速，
所以特別適合在太陽系上行星間的飛行，能夠加速到每秒鐘飛行30公里。
離子引擎主要由三部分所構成分別為Ion Generation(離子產生器)，Electro-Static Accleration(靜電加速器)與Neutralization(中和器)

離子產生器:把燃料例如氙給等離子化(plasmatized)讓其帶正電荷。
靜電加速器:對離子施加高電壓將其加速噴出產生推力讓隼鳥號加速。
中和器:只噴出正電荷的氙離子會使隼鳥號本身帶負電荷，這樣氙離子會被隼鳥號吸引回去而無法充分加速，因此從中和器噴出帶負電荷的電子使隼鳥號保持電中性。