NASA 的行星防御测试：DART 即将撞击小行星

美国宇航局的双小行星重定向测试(DART) 任务具有挑战性的目标，即在 9 月 26 日星期一将其航天器撞向一颗小型小行星。它的目标是 Dimorphos，这是一颗绕着一颗名为 Didymos 的较大小行星运行的小卫星。尽管这颗小行星对地球没有威胁，但这项任务将测试可用于保护我们的星球免受未来可能检测到的潜在小行星或彗星危害的技术。

这张插图描绘了美国宇航局的双小行星重定向测试 (DART) 航天器在撞击 Didymos 双星小行星系统之前的情况

位于马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯应用物理实验室 (APL) 为NASA设计并领导了这项雄心勃勃的任务。然而，与许多任务一样，这项工作需要来自 NASA 各个中心的专业知识。该机构位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室 (JPL) 的专长是导航、小行星科学、目标的精确定位以及地对航天器通信。

“像我们这样与 APL 的战略合作伙伴关系是尖端太空任务发展的命脉，”喷气推进实验室主任 Laurie Leshin 说。“我们与 APL 合作的历史可以追溯到航海者号，并一直延伸到未来，比如 Europa Clipper 等任务。我们一起做的工作让我们所有人——以及我们的使命——变得更好。我们很自豪能够支持 DART 的使命和团队。”

这艘重约 1,320 磅（约 600 公斤）的 DART 航天器于 2021 年 11 月 23 日发射，在撞击直径仅为 525 英尺（160 米）的 Dimorphos 时，将位于距地球 680 万英里（1100 万公里）处。更具挑战性的是，航天器将以每秒约 4 英里（6.1 公里）的速度接近太空岩石，即约 14,000 英里/小时（22,000 公里/小时）。Dimorphos 每 11.9 小时围绕直径约半英里（780 米）的 Didymos 运行。

这张来自小行星 Didymos 及其轨道卫星 Dimorphos 的光的图像

前往 Dimorphos

JPL 的导航部门在将航天器准确到达遥远的位置（例如：卡西尼到土星，朱诺到木星，毅力到火星）方面经验丰富。每个任务都会带来一系列独特的挑战，而 DART 有很多挑战。

“这是一项艰巨的工作，”负责 DART 航天器导航团队的 JPL 的 Julie Bellerose 说。“导航团队工作的很大一部分是在撞击前 24 小时将 DART 送到一个 9 英里宽（15 公里宽）的空间中。” Bellerose 说，届时，任务的最终轨迹修正机动（发射推进器以改变飞行方向）将由返回地球的任务控制器执行。从那时起，由 DART 决定。

在单程旅程的最后几个小时，DART 将使用 APL 创建的自主车载导航仪来保持航向。SMART Nav 或小体机动自主实时导航，从 DART 的 DRACO（用于光学导航的 Didymos 侦察和小行星相机）高分辨率相机收集和处理 Didymos 和 Dimorphos 的图像，然后使用一组计算算法来确定什么机动需要在撞击前的最后四个小时内完成。

与 DART 团队一起，另一组 JPL 导航员正在计算和规划 DART 的航天器伴侣的轨迹：意大利航天局 (ASI) 的 Light Italian CubeSat for Imaging Asteroids，或LICIACube，其重要任务是对 DART 对地球的影响进行成像。双形态。这艘烤面包机大小的航天器于 9 月 11 日与 DART 断开连接——正好是 DART 计划撞击小行星卫星 Dimorphos 的 15 天——在 JPL 团队的协助下自行导航行星际空间。

“我们正在与 ASI 合作，让 LICIACube 在 DART 撞击后 2 到 3 分钟到达 Dimorphos 25 到 50 英里（40 到 80 公里）的范围内——足够接近以获得撞击和喷射羽流的良好图像，但距离 LICIACube 不太近JPL 的 LICIACube 导航负责人 Dan Lubey 说。

虽然 DART 任务不需要成功，但这颗小型卫星的两个光学相机 LEIA（LICIACube Explorer 小行星成像）和 LUKE（LICIACube Unit Key Explorer）将提供的撞击前和撞击后图像可以使科学界受益于研究近地物体并帮助解释 DART 结果。

NASA 的 DART 航天器和意大利航天局 (ASI) 的 LICIACube 在撞击 Didymos 双星系统之前的插图

时间和空间

JPL 近地天体研究中心 ( CNEOS ) 是美国宇航局行星防御协调办公室 ( PDCO ) 的一个组成部分，其任务不仅是确定 Didymos 在太空中 16 英里（25 公里）范围内的位置，而且还要确定 Dimorphos 何时出现从 DART 的接近方向可见且可访问。

与其他机构的研究人员一起，CNEOS 的成员将研究撞击喷出的岩石和风化层（破碎的岩石和尘埃）的羽流，以及新形成的撞击坑和 Dimorphos 在其母小行星轨道上的运动。在 JPL 的 Steve Chesley 的带领下，他们不仅会检查来自 DART 和 LICIACube 的数据和图像，还会检查来自太空和地面望远镜的数据。

科学家们认为，这次撞击应该会将小卫星围绕较大小行星的轨道周期缩短几分钟。该持续时间应该足够长，以便地球上的望远镜可以观察和测量这些影响。这项测试还应该足以证明动能撞击技术——撞击小行星以调整其速度和路径——实际上是否可以保护地球免受小行星撞击。

这些基于地球的望远镜的重要贡献者包括美国宇航局的深空网络，这是喷气推进实验室管理的巨型射电望远镜盘阵列。在 JPL 科学家 Shantanu Naidu 领导的雷达观测下，深空站 14 的巨大 70 米（230 英尺）圆盘位于加利福尼亚州巴斯托附近的网络戈德斯通综合体，将在撞击后约 11 小时开始观察天体碰撞的后果，当地球的自转将 Didymos 和 Dimorphos 带入戈德斯通的视野时。从两块太空岩石反弹回来的回波数据应该有助于确定小卫星轨道发生了什么变化，甚至可以提供一些粗分辨率的雷达图像。

当然，无线电科学只是深空网络角色的一部分。导航团队也依赖它，因为网络是 NASA自 1963 年以来一直与月球及其他地方的航天器通信的手段。

小行星 65803 Didymos 是一颗双星近地小行星；一次天体直径约 780 m，自转周期为 2.26 小时

约翰霍普金斯应用物理实验室 (APL) 负责管理 NASA 行星防御协调办公室 (PDCO) 的 DART 任务，作为该机构行星任务计划办公室的一个项目。DART 是世界上第一个行星防御测试任务，将有意对 Dimorphos 执行动力冲击，以稍微改变其在太空中的运动。虽然小行星不会对地球构成任何威胁，但 DART 任务将确定航天器可以自主导航到对相对较小的小行星的动能撞击，因此证明这是一种可行的技术，可以在与地球相撞的过程中偏转小行星。永远被发现。DART 将于 2022 年 9 月 26 日实现其目标。

ASI 的 LICIACube 任务由 Argotec 运营，由 JPL、博洛尼亚大学和米兰理工大学提供独立导航。LICIACube 在整个发射和巡航期间与 DART 一起骑行，然后在 DART 撞击前 15 天的 9 月 11 日发布。LICIACube 的任务重点是对 DART 撞击的结果（火山口和喷射羽流）以及 Dimorphos 未撞击的一面进行成像。