一个塑料杯和一个吸尘器可以改写太阳系的历史

吉姆·哈里斯说，现在它已经收起来了。没什么可做的了。他参观了肯尼迪航天中心的仪器储藏室，以确保一切正常。当你问洛克希德马丁公司的飞行系统设计工程师他是否参与了这项可能创造历史的设备时，可以预料到他的回答会非常谦虚。

没有必要夸夸其谈——它很简单，很有效。“它”的诞生过程是这样的：十年前，哈里斯在自家泥泞的车道上将一个倒置的塑料杯连接到压缩机上。下个月，这个完整的装置——称为 TAGSAM——将开始前往距离我们最近的小行星贝努（其最近轨道距离为 186,000 英里）。一旦到达那里，它将尝试取回一个样本，这可能会改变我们对太阳系形成方式的理解。

目前，哈里斯和美国宇航局即将进行的 OSIRIS-REx 任务的其他团队成员正在耐心等待。

OSIRIS-REx 任务是达格伍德三明治缩写，代表“起源光谱解释资源识别安全风化层探测器”，它将向小行星 Bennu 发射一艘太阳能航天器。它计划于 2016 年 9 月 8 日发射。

贝努是一座直径 500 米的碳质“碎石堆”。它被风化层（松散的顶层物质）覆盖，这些风化层形成于太阳系诞生之初。如果科学家能够分析这些物质，他们就能更多地了解贝努、地球和其他行星形成时的状况。

到 22 世纪末，贝努小行星距离地球太近也是相当有可能的：轨道模型显示，这颗小行星撞击地球的概率为 1/2700，其释放出的威力相当于 2750 兆吨 TNT，可能毁掉亚利桑那州图森市面积相当的一片区域。

因此可以毫不夸张地说，小贝努蕴含着我们如何来到这个世界的线索，并且也可能决定我们的命运。

它的大小、定期近距离飞过地球以及古老的结构使其成为理想的造访对象。NASA 将绘制其表面地图、获取红外光谱数据，并将少量表面物质带回地球。然而，一个大问题是如何在微重力条件下捕获一块移动的小行星。

洛克希德马丁公司内部呼吁寻找解决方案。洛克希德公司的 OSIRIS-REx 航天器项目经理里奇·库恩斯 (Rich Kuhns) 告诉《大众科学》 ：“当你试图获得新想法时，你可能会错过一些真正最好的解决方案。”“这就是创新车库的理念：通过让人们站出来并说‘把你们最好的东西带给我们’，你可以得到最好的想法。”否则，他说，强势的个性可能会主导整个团队，并掩盖真正具有开创性的工作。

于是工程师们开始动工。每个人都认为这需要一些基本工具：钻头、铲子或抓取器，这些工具在微重力环境下都难以操作，因为在微重力环境下，一堆松散的砾石就像装满乒乓球的鱼缸一样。

竞争者们推出了三叉抓取器、螺旋钻和扇叶装置，但没有一个能够完全克服贝努微重力环境下反作用力的挑战。

洛克希德公司当时的首席科学家本·克拉克博士在维京号时期所做的研究帮助哈里斯公司将气压作为收集方法。如何在重力较小的太空车道上铲起一堆碎石？那就使用 Shop-Vac 吧。

为了验证他的理论，哈里斯和他当时上中学的儿子在丹佛的泥土车道上铺了一张纸。他们在前面提到的塑料杯上戳了几个洞，并证明向泥土中吹入压缩空气会将灰尘吹回到杯子里，或者装置周围的任何东西里。

哈里斯将他最早的设计称为“Muucav”，即倒着说的“真空”。在最终版本中，一股纯氮气可以在表面停留五秒钟，而不会产生可能使航天器失去平衡的力。这更像是轻轻敲击空气曲棍球，而不是穿着冰鞋推墙。

“小行星、航天器和收集器之间的相互作用让这项技术脱颖而出，”库恩斯说。最后，他们给它起了一个不那么异想天开但更准确的名字：触碰即走样本采集机制 (TAGSAM)。

现在听起来这简直就是天才之举，但他们并没有直接从适合科学博览会项目的 Solo 杯跳到完全成功的装置。“这不止两个步骤，”哈里斯笑着说。下一步是制作一个金属版本，比第一个杯子大不了多少，配有一个小过滤器和一个二氧化碳筒大小的瓶子。

经过三四次迭代，他们最终选定了我们现在看到的 TAGSAM。这是一款精致的设备，由直径 12 英寸的样品过滤器、10 英尺长的臂和弹簧单高跷组成。它看起来就像是展厅里的地板抛光机。

库恩斯说：“我们做了很多工作才把它从车道搬到了今天的位置。”

他们进行了数周的零重力飞行，每次飞行 50 次。他们在真空中进行了一百次测试。他们用蛭石、泡沫塑料颗粒、火山岩、锯末、砂浆混合物、类似塔吉什湖陨石的物质以及他们能想象到的贝努鸟所附着的几乎所有其他大小和形状的物质进行了测试。

他们可以从这次轻松的击掌中获得至少两盎司的物质，但最终可能会获得多达四磅的物质。

38 年前，洛克希德马丁公司的前子公司马丁·玛丽埃塔公司聘用了刚从学校毕业的哈里斯。这已经不是哈里斯第一次看到 NASA 将他多年的心血结晶装上数百磅的推力，并将其发射到太空。他为 1999 年发射的彗星探测器星尘号设计了多个部件，包括样品返回舱的内部，以及展开网球拍式网格以固定气凝胶的机械臂。

哈里斯表示，他将在洛克希德公司丹佛工厂的飞行操作控制台上观看这一幕，届时 Atlas V 火箭将搭载 OSIRIS-REx 航天器升空。38 年的时光从未令他感到厌倦。“当你开始发射和倒计时时，总是令人兴奋不已，”哈里斯说。“当你看到它飞起来时，你会感到哽咽。”

从发射到 2023 年，洛克希德马丁公司和 NASA 将监测 OSIRIS-REx 的运行状况。然后，在 7 年的旅程之后，太空舱将带着它的礼物或风化层返回地球，等待被拆开、分开和无休止地挑选。今天的小学生——他们与哈里斯的儿子扮演车库实验室助理时的年龄相仿——将在七年后降落在犹他州沙漠时与打开太空舱的人一起。他们将发现的东西可能会解开我们太阳系的起源故事。

哈里斯说，谜团在于整个想法。“星尘号（太空探测器）改变了人们对太阳系形成的看法……[科学家]必须根据这些数据重新思考太阳系是如何形成的。我们不知道他们到底会发现什么。这就是重点。”