航天器與小行星相撞會怎樣

　　NASA將于2022年演示行星防御技術

　　今日視點

　　據美國國家航空航天局(NASA)官網近日報道，作為NASA首個展示行星防御技術的任務，“雙小行星重定向測試”(DART)航天器將于2022年9月與雙小行星系統(tǒng)“雙子星”中較小的“雙子星B”(Didymos B)相撞。

　　研究人員稱，這顆小行星對地球沒有威脅，是理想的測試目標，因為測量二元系統(tǒng)中較小的小行星圍繞較大小行星軌道運行的變化，比觀察繞太陽運行的小行星軌道的變化要容易得多。目前，包括來自約翰·霍普金斯應用物理實驗室(APL)等機構的科學家正為該任務于2021年6月的發(fā)射做準備。

　　知己知彼

　　俗話說，知己知彼，百戰(zhàn)不殆。為了讓DART航天器能對目標一擊即中，科學家們需要了解“雙子星”系統(tǒng)的行為方式。

　　“雙子星”系統(tǒng)由“雙子星A”(Didymos A)及其衛(wèi)星“雙子星B”組成，前者直徑約為780米；后者直徑約為160米并環(huán)繞前者飛行。據悉，航天器將借助安裝在其上的一個攝像頭和一款先進的自主導航軟件，以6公里/秒的速度故意撞向“雙子星B”，以便我們可以安全地觀察其被撞擊后的偏移情況。

　　自2015年以來，科學家一直在從地球上觀察“雙子星”。現在，由北亞利桑那大學DART觀測工作組負責人克里斯蒂娜·托馬斯協(xié)調的國際團隊，正在使用位于全球各地的強大的望遠鏡進行關鍵觀測，隨時監(jiān)控該小行星系統(tǒng)的狀態(tài)，這將有助于研究人員更好地了解，在2022年9月DART撞擊“雙子星B”后可能會出現什么情況。

　　最近的一次觀察活動在位于智利北部的帕瑞納山上進行，科學家使用歐洲南方天文臺甚大望遠鏡(VLT)對“雙子星”進行了詳細觀察。VLT包括四個望遠鏡，每個望遠鏡擁有8.2米的主鏡面，此次用到了其中的兩個。

　　DART調查團隊聯(lián)合負責人、APL的安迪·里夫金參與了最新的這次調查，他說：“‘雙子星’系統(tǒng)太小、太遠，只能被看作一個光點，但我們可以通過測量光點的亮度獲得我們需要的數據，這個亮度會隨著‘雙子星A’旋轉和‘雙子星B’繞軌旋轉而變化。從我們的角度來看，亮度變化指明了‘雙子星B’何時從‘雙子星A’的前方經過或隱藏在‘雙子星A’的后面。這些觀察將幫助科學家確定‘雙子星B’相對‘雙子星A’的位置，并告知DART撞擊的確切時間以讓偏移達到最大化。”

　　調查小組將從2020年末到2021年春季再次觀察“雙子星”，最后的地面觀測將在航天器向小行星前進時以及撞擊發(fā)生后進行。

　　組成和結構很關鍵

　　但僅僅借助望遠鏡還不足以完全理解“雙子星B”。

　　DART撞擊模擬工作組負責人、來自APL的安吉拉·斯蒂克說：“盡管我們正在進行基于地面的觀測，但我們對于‘雙子星B’的組成成分和結構知之甚少。我們需要想像各種各樣的可能性并預測它們的結果。如此一來，在DART撞上‘雙子星B’之后，我們就會大致知道測量結果。”

　　“雙子星B”的結構很關鍵，研究人員目前并不確定，“雙子星B”是固體巖石、松散碎片還是更軟或更像沙子一樣的東西。如果是最后一種，那么較軟的表面將吸收撞擊產生的大部分力量，它就不會像一顆由更堅硬成分構成的小行星那樣大幅度地被推動，這樣就難以達到預期的效果。

　　從2014年開始，APL就在與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室及其他調查團隊的成員一起進行廣泛的建模和模擬測試，以幫助研究人員預測，被DART撞擊后“雙子星B”會發(fā)生什么情況。

　　驚鴻一瞥

　　此外，研究人員將最終能看到“雙子星”的“特寫”——盡管只是驚鴻一瞥。這要得益于DART上搭載的“雙子星”偵察和小行星照相機(DRACO)以及計劃發(fā)射的立方星——來自意大利航天局的LICIACube。

　　“用于作戰(zhàn)導航的DRACO是DART上唯一的機載儀器，主要用作DART的光學導航系統(tǒng)，捕捉相關圖像，幫助航天器抵達目標。DRACO會將其拍攝的圖像輸入到APL開發(fā)的小型機動自主實時導航(SMART Nav)算法中，該系統(tǒng)將在最后幾小時內獲得精確數據并自動引導DART撞上“雙子星B”。

　　鞋盒大小的LICIACube將于撞擊之前發(fā)射升空，它將記錄DART撞擊目標后產生的影響及其后果。這一項目最近通過了初步設計審查，并已進入開發(fā)的下一階段。

　　雖然迄今為止DART的大部分工作都是建模和模擬，但航天器的許多零件已經開始成型。航天器的幾個硬件組件——特別是航天器的太陽能電池陣列以及無線電和電源系統(tǒng)的電子設備已進入制造階段。此外，研究人員還對推進系統(tǒng)進行了修改，DART除了能利用電力推進系統(tǒng)完成任務外，也能依靠小型肼推進器完成其使命。

　　來自APL的DART項目經理艾德·雷諾茲表示：“DART只有一次機會擊中目標，各項工作都必須到位，以確保其一擊即中。”（本報記者 劉 霞）

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