NASA的行星防禦測試：DART航天器即將撞擊小行星

美國宇航局（NASA）的“雙小行星重定向測試”（DART）任務的挑戰性目標是在9月26日將其航天器撞向一顆小行星。它的目標是Dimorphos，一顆圍繞着一個名爲Didymos的較大小行星運行的小衛星。儘管這顆小行星對地球不構成威脅，但這次任務將測試技術，這些技術可用於保護我們的星球，以應對未來可能發現的潛在小行星或彗星危險。

位於馬里蘭州勞雷爾的約翰霍普金斯應用物理實驗室（APL）爲NASA設計並領導這項雄心勃勃的任務。然而，與許多任務一樣，這項工作需要NASA各中心的專業知識。在該機構位於加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室（JPL）的情況下，這些專業知識用於導航、小行星科學、目標的精確定位，以及地球到航天器的通信。

“像我們與APL的戰略伙伴關係是先進空間任務發展的命脈，”JPL主任Laurie Leshin說。“我們與APL合作的歷史可以追溯到旅行者號，並延伸到未來，如 Europa Clipper任務。我們一起做的工作使我們所有人--以及我們的任務--變得更好。我們很自豪能夠支持DART任務和團隊。”

DART航天器於2021年11月23日發射，大約1320磅（約600公斤），當它撞擊直徑僅爲525英尺（160米）的Dimorphos時，將位於距離地球680萬英里（約1100萬公里）的地方。更具挑戰性的是，航天器將以每秒約4英里（6.1公里）的速度接近這塊太空岩石，也就是每小時約14000英里（22530公里）。Dimorphos每隔11.9小時繞着直徑約爲半英里（780米）的Didymos運行一次。

JPL的導航部門在使航天器準確到達遙遠的地點方面相當有經驗（例如：卡西尼號到土星，朱諾號到木星，毅力號到火星）。每個任務都會帶來其獨特的挑戰，而DART就有很多。

“這是一項困難的工作，”JPL的Julie Bellerose說，她領導DART航天器的導航團隊。“導航團隊工作的很大一部分是在撞擊前24小時讓DART進入一個9英里寬（15公里寬）的空間盒子。”Bellerose說，在那個時候，任務的最後一次軌跡修正機動（發射推進器以改變飛行方向）將由任務控制人員在地球上執行。從那時起，一切都取決於DART。

在其單程旅程的最後幾個小時裡，DART將使用由APL創建的自主機載導航儀來保持航線。SMART Nav，即小體機動自主實時導航，從DART的DRACO（Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation）高分辨率相機中收集和處理Didymos和Dimorphos的圖像，然後使用一套計算算法來確定在撞擊前的最後四個小時需要做什麼機動。

與DART團隊一起，另一組JPL導航員正在計算和規劃DART航天器同伴的軌跡。意大利航天局（ASI）的輕型意大利小行星成像立方體衛星，或LICIACube，它的重要任務是對DART對Dimorphos的撞擊效果進行成像。這個烤麪包機大小的航天器於9月11日與DART斷開連接--正好是DART計劃撞擊小行星月球Dimorphos的15天之前--在JPL團隊的協助下，自己在行星際空間中航行。

JPL的LICIACube導航負責人Dan Lubey說：“我們正在與ASI合作，使LICIACube在DART撞擊後2至3分鐘內到達Dimorphos的25至50英里（40至80公里）範圍內--足夠近，以獲得撞擊和噴出物羽流的良好圖像，但不會近到LICIACube可能被噴出物擊中。”

雖然不是DART任務成功的必要條件，但這顆小衛星的兩臺光學相機LEIA（LICIACube Explorer Imaging for Asteroid）和LUKE（LICIACube Unit Key Explorer）將提供的撞擊前和撞擊後的圖像可以使科學界在研究近地天體方面受益，並有助於解釋DART的結果。

時間和空間

JPL的近地天體研究中心（CNEOS）是NASA行星防禦協調辦公室（PDCO）的一個組成部分，其任務不僅是確定Didymos在太空中16英里（25公里）內的位置，而且還要確定Dimorphos何時能從DART的接近方向看到--並能進入。

與其他機構的研究人員一起，CNEOS的成員將研究由撞擊噴出的岩石和碎石（破碎的岩石和灰塵），以及新形成的撞擊坑和Dimorphos在其母小行星周圍軌道上的運動。在JPL的Steve Chesley領導下，他們不僅將檢查來自DART和LICIACube的數據和圖像，還將檢查來自太空和地面望遠鏡的數據。

科學家們認爲，這次撞擊應該使小衛星圍繞大小行星的軌道週期縮短數分鐘。這個時間長度應該足以讓地球上的望遠鏡觀察和測量這些影響。它也應該足以讓這次試驗證明動能撞擊技術--撞擊小行星以調整其速度，從而調整其路徑--事實上可以保護地球免受小行星的撞擊。

在這些基於地球的望遠鏡中，重要的貢獻者包括NASA的深空網絡，即JPL管理的巨型射電望遠鏡天線陣列。在JPL科學家Shantanu Naidu的領導下，位於加利福尼亞州巴斯托附近的深空網絡Goldstone綜合體的深空站14號巨大的70米（230英尺）天線，將在撞擊後約11小時開始觀測天體碰撞的後果，當時地球的旋轉將Didymos和Dimorphos帶入Goldstone的視野。從這兩顆太空岩石上反彈出來的回波數據應該有助於確定小衛星的軌道發生了什麼變化，甚至可能提供一些粗略的分辨率雷達圖像。

當然，無線電科學只是深空網絡作用的一部分。導航小組也依賴於它，因爲該網絡是美國宇航局自1963年以來與月球和其他地方的航天器進行通信的手段。

稿源：cnBeta