2022年,人类将第贰遍彩排“撞开”小行星!

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这只是演习

美国国家航空航天局近期公布了“双小行星重定向测试”(Double Asteroid Redirection Test,DART)任务的发射任务承包商。NASA 最终选择 SpaceX 公司的猎鹰9号运载火箭为此次任务提供发射服务,发射总成本约为6900万美元,其中包括发射服务和其他任务相关成本。

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DART 任务以及小行星系统示意图,在已知的近地小行星中,近六分之一是双星或多星系统。

这项任务将是人类主动防御危险小行星撞击的首次演练。

小行星的防御需要有效而快速的防御策略来消除撞击地球的威胁,目前比较热门的方法主要有动能撞击、核弹爆破、引力拖车、太阳帆牵引、太阳聚光器、抵近喷涂、安装质量驱动器等。此次 NASA 将首次真实验证动能撞击(Kinetic Impactor)技术,作用时间短,技术成熟度高,通过航天器与小行星高速相撞来使小行星发生偏转,以抵御未来可能发生的小行星撞击。

最初的任务是欧空局与 NASA 共同完成,ESA 主要负责监测航天器 AIM 的设计与应用,计划对小行星系统的动力学特性、表面物理性质及其内部结构进行探测,以及测量撞击对小行星系统运行轨道的影响。但之后 ESA 取消了任务安排,只剩下了 NASA 的撞击航天器 DART,这也给试验效果的观测带来了困难。

DART任务项目办公室位于约翰•霍普金斯应用物理实验室,目前的目标是在2021年6月发射DART航天器升空,通过使用太阳能电力推进,在2022年10月撞击 Didymos小行星系统的“小卫星”Didymos B,届时该小行星系统将距离地球大约1100万公里。在抵近小行星系统后,DART 作为动能撞击器,在相机和自动导航系统的辅助下以6公里/秒的速度撞击 Didymos B。Didymos B将在撞击下改变大约1%的环绕速度,这足以让地面望远镜和雷达观测到。虽然撞击改变的速度量较小,但之前的研究表明,随着时间的积累,小行星的轨道将发生显著变化。

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DART 将在2020年12月至2021年5月期间通过商业发射或者军事发射,前往地球同步轨道,并最终脱离地球引力。

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DART 航天器的整体结构重约500公斤,长约12.5米,宽约2.4米,此时已完全展开ROSA太阳翼。

Didymos(希腊语中“孪生”的意思)是在1996年4月被发现的,是一个双星近地小行星系统,由一大一小两颗小行星组成,之间距离为1.18公里。它绕太阳的公转周期大约为2.11年,将在2022年10月和2024年再次靠近地球。较大的小行星 Didymos A直径约780米,是这个双小行星系统的主体;较小的一颗小行星 Didymos B环绕“主星”转动,直径约163米,对地球可能造成危害的小行星通常是这个大小。根据理论估计,直径100米的小行星撞击地球,能够释放出相当于5千颗广岛原子弹的能量。

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Didymos 小行星系统中较大星体的大小与哈利法塔相当,较小星体的大小与吉萨金字塔大小相当。

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由光测数据和雷达数据得到的 Didymos 系统的仿真图像。

这个双星小行星系统可以说是进行这项测试的完美自然实验室。Didymos B在 Didymos A周围的轨道上,让地球更容易测量撞击的结果,更好地确定动能撞击作为小行星缓解策略的能力,同时该实验不会改变这对行星围绕太阳的轨道,不会威胁地球。

DART的主推进系统将利用 NEXT-C 离子推力器(NASA Evolutionary Xenon Thruster-Commercial)来研制,属于太阳能电子推进系统。利用 NEXT-C,DART 能够在任务时间表上显著增强灵活性,增大发射窗口,同时也能更好地推进航天器脱离地球引力进入轨道,从而降低运载火箭的成本。

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DART 飞行器的两个视角图。DRACO(Didymos 勘测和小行星照相机)是基于新视野号的 LORRI 高分辨率成像仪器。左图还显示了收纳状态的径向线槽阵列天线。右图显示了 NEXT-C 离子发动机。

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NEXT-C 离子发动机推进工作。

本次任务还有一颗立方星“搭便车”。意大利航天局计划研制一款名为“LICIA”(Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids)的轻型立方体卫星,将与DART一起搭载。LICIA将能够直接与地球通信,在撞击发生前分离,以获取撞击和喷出物的图像。

双星小行星系统真实的速度变化和轨道偏移将在几年后由 ESA 的一个名为 “Hera” 的小型航天器测量,它将进行详细的勘探和评估。

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Hera 模拟图

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