美歐聯(lián)手用航天器撞擊小行星改變其運行軌道

劉植榮 2019-09-13

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美歐將聯(lián)手偏轉(zhuǎn)一顆小行星

2019年9月11日至13日，以美國和歐洲為主，來自世界各地的小行星科學(xué)家和太空飛行器工程師正匯集在羅馬，討論著小行星防衛(wèi)的最新情況。他們本次的主題是一個宏大的計劃：使用太空飛行器撞擊小行星以達到改變其軌道的目的。

這場美歐聯(lián)合任務(wù)的名稱是“小行星撞擊和偏轉(zhuǎn)評估”（Asteroid Impact Deflection Assessment, 以下簡稱AIDA任務(wù)）。他們的具體計劃是先使用一臺飛行器撞擊位于地球和火星之間的小行星Didymos的一顆小衛(wèi)星，然后另一臺飛行器會勘測撞擊地點以搜集盡可能多的有關(guān)撞擊所產(chǎn)生的影響的數(shù)據(jù)。

本次任務(wù)的撞擊目標是一個名為Didymos（希臘語中“雙胞胎”的意思）的近地雙小行星系統(tǒng)。Didymos系統(tǒng)由一個稍大的小行星Didymos A和一個繞其運轉(zhuǎn)的小衛(wèi)星Didymos B組成。Didymos A的直徑約為780米，而Didymos B的直徑約為160米。Didymos環(huán)繞太陽的軌道半徑在1.0天文單位至2.3天文單位之間變化，距離地球的平均距離在250個地月距離左右?？茖W(xué)家們是通過謹慎的考慮后才選擇Didymos系統(tǒng)的，他們希望這個偏轉(zhuǎn)目標能最大化他們的科學(xué)成果。

“飛鏢”飛行器預(yù)計撞擊小衛(wèi)星Didymos B。圖中白色軌道為Didymos B現(xiàn)在的軌道，藍色軌道則為撞擊后的軌道。Credit: ESA

NASA在AIDA任務(wù)中負責(zé)的部分是一個名為“飛鏢”的飛行器（全稱為雙小行星撞擊測試飛行器，Double Asteroid Impact Test，簡稱DART）。將會與“飛鏢”飛行器一同撞向Didymos B的還有一臺意大利制小行星成像立方星（Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids, 簡稱LICIA），它將記錄下撞擊的瞬間。

ESA（歐洲空間局）在AIDA任務(wù)中負責(zé)的則是一臺名為“赫拉”（Hera）的飛行器。它將在“飛鏢”飛行器撞擊Didymos B后對其進行一次近距離勘測。具體來說，它會測量小行星的質(zhì)量，并且對撞擊坑的形狀進行細致的評估?！昂绽币矔y帶兩臺立方星，它們將協(xié)助“赫拉”進行近距離勘測，這會是科學(xué)家首次使用雷達探測器來勘測小行星。

“飛鏢”飛行器現(xiàn)在正在建造過程中，由約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室承擔。按計劃“飛鏢”飛行器將在2021夏季發(fā)射升空，并于2022年9月撞擊Didymos B，撞擊時速度將高達6.6千米/秒。

美歐將聯(lián)手偏轉(zhuǎn)一顆小行星

“赫拉”掃描Didymos B上的撞擊坑的藝術(shù)想象圖。Credit: ESA

與此同時，“赫拉”正在接近B2設(shè)計階段的尾聲。在今年11月的Space19+（ESA的太空安全項目）部長級會議上，歐洲空間局部長委員會將決定是否要發(fā)射這臺飛行器。如果計劃通過的話，“赫拉”將會在2024年10月發(fā)射，并于2026年抵達Didymos。

不過，Space19+決定放棄發(fā)射“赫拉”的可能性是非常小的。對此，“赫拉”任務(wù)的項目經(jīng)理Ian Carnelli這樣解釋道：“確實，‘飛鏢’可以在沒有‘赫拉’的情況下完成任務(wù)，因為撞擊對Didymos B的軌道造成的影響是通過地基望遠鏡也能測量的。但是，讓這兩個任務(wù)協(xié)同進行所帶來的科學(xué)效益將會是巨大的。事實上，‘赫拉’收集的數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的，它可以讓這場專門的一次性試驗變成同樣適用于其他小行星的普遍偏轉(zhuǎn)手段?！?/p>

美歐將聯(lián)手偏轉(zhuǎn)一顆小行星

“赫拉”在勘測Didymos B的撞擊坑。Credit: ESA

“赫拉”任務(wù)還將成為ESA的首個前往雙小行星系統(tǒng)的任務(wù)。天文學(xué)家認為雙小行星系統(tǒng)占所有已知小行星中的15%，并且它們對天文學(xué)家來說仍然充滿未知?！昂绽背丝睖y撞擊坑外，還肩負著測試許多重要的新型技術(shù)的任務(wù)，這其中包括深空立方星，人造衛(wèi)星間的鏈接，和自主圖像導(dǎo)航技術(shù)等。

美歐將聯(lián)手偏轉(zhuǎn)一顆小行星

“赫拉”與它的兩個立方星協(xié)同合作的藝術(shù)想象圖。Credit: ESA

最后，AIDA任務(wù)還將為低重力環(huán)境作業(yè)提供寶貴的機會。在今后的任務(wù)中，不管是到近地小行星，還是月球，還是火星，這次作業(yè)都會提供非常重要的數(shù)據(jù)。

“赫拉”，“飛鏢”，和AIDA任務(wù)的其他元素所反饋的結(jié)果將會為科學(xué)家在小行星防衛(wèi)的課題上所花的精力做出評分。除此之外，它們還會幫助科學(xué)家建立更好的撞擊效率模型。如果科學(xué)家想讓這場試驗轉(zhuǎn)變?yōu)樾行欠烙囊粋€成熟的技術(shù)，那么這樣的模型將會是非常重要的。