SpaceX将发射NASA的DART防御任务，测试地球免受小行星撞击的方法

Posted 2023-02-21

参考技术A NASA计划测试一种保护地球免受小行星撞击的方法，双重小行星重定向测试（DART）将是美国宇航局首次为小行星防御进行的飞行演示，它将试图通过与该机构设计的航天器的动能撞击来改变小行星的方向和轨道。DART航天器将由SpaceX发射到一个双子小行星系统，该系统由一颗名为 "Didymos "的大型小行星和一颗名为 "Dimorphos "的小型小行星组成，前者宽约2540英尺（775米），后者宽约540英尺（165米）。这两颗小行星正在相互绕行，DART飞行器将试图通过撞击小行星来改变其轨道运动，使其远离大的小行星。这个演示将测试是否可以利用航天器的撞击来改变一颗与地球相撞的小行星的轨道。

DART航天器将从加州范登堡空军基地搭乘SpaceX猎鹰9号火箭升空，这项任务最初计划在2021年7月21日到2021年8月24日之间进行。美国宇航局宣布DART任务现在被推迟到第二次发射窗口期，从2021年11月24日至2022年2月15日。"DART项目目前正在与SpaceX和NASA的发射服务计划（LSP）合作，以确定在这个次级窗口中最早的可能的发射机会，"该机构在2月份的一份新闻稿中说，NASA科学家的目标是在2022年9月30日之前撞击小行星系统。

NASA说，DART的发射在冠状病毒的爆发中被推迟，该病毒造成了供应链受到影响，工程师们正在等待航天器部件，包括被称为'ROSA'的航天器太阳能阵列。他们还面临与用于光学导航的Didymos侦察和小行星相机(DRACO)成像仪相关的技术挑战，工程师正在努力加强以确保其承受发射的压力。“在NASA，任务的成功和安全是最重要的，在经过仔细的风险评估后，很明显DART不可能在主发射窗口内可行且安全发射，”位于华盛顿的NASA总部科学任务理事会的副主管Thomas Zurbuchen说。“为了确保DART为任务的成功做好准备，NASA指示团队在二次发射窗口中寻求尽可能早的发射机会，以便有更多的时间进行DRACO测试和交付ROSA，并在COVID-19大流行期间提供一个安全的工作环境。"

NASA将于2022年首次展示行星撞击防御技术

参考技术A

“双小行星重定向测试”(The Double Asteroid Redirection Test, DART)是美国国家航空航天局（NASA）首次演示行星防御技术的首次任务，它将有机会击中其目标---双小行星系统（Didymos）中的小卫星。这颗小行星对地球没有威胁，是一个理想的测试目标，因为在双星系统中，测量较小的小行星围绕较大的小行星运行轨道的变化，要比观察小行星围绕太阳运行轨道的变化容易得多。包括马里兰州劳雷尔市的约翰•霍普金斯应用物理实验室和全国其他地方的研究工作都正在紧锣密鼓地开展工作，计划于2021年启动该项任务，并试图完成迄今为止只在科幻电影中出现过的壮举。

Didymos双小行星系统观测

为了将DART航天器导航到其预定目标---一个由小卫星(Didymos B)围绕相对较大天体（Didymos A）组成的双小行星系统，科学家需要了解该双小行星系统的行为方式。自2015年以来，科学家们一直在努力从地球上观测Didymos。如今，一项由DART观测工作组组长、美国北亚利桑那大学的Cristina Thomas协调开展的国际观测活动，正在利用遍布全球的强有力的望远镜进行关键观测，以了解DART到达目标之前双小行星系统的状态。这些观测结果将有助于研究人员更好地了解DART在2022年9月撞击其目标Didymos B时产生的影响程度。

最近的一次观测活动发生在智利北部的塞罗帕拉纳尔，那里的科学家们使用欧洲南方天文台(European Southern Observatory)运行的超大望远镜(Very Large Telescope，VLT)观测Didymos。超大望远镜包括四个望远镜，每个望远镜的镜面长达8.2米，其中两种被用于此次观测。

参与观测的DART调查团队的联合负责人、来自APL的Andy Rivkin表示，“Didymos系统因为太小太远只能被看成一个光点，但我们可以通过测量该光点的亮度得到我们所需要的数据，其亮度会随着Didymos A自转和Didymos B公转而发生改变。我们认为，最明亮的亮度变化表明较小的卫星Didymos B经过Didymos A前方或隐藏在其后方。这些观测结果将有助于科学家确定Didymos B相对Didymos A的位置，并预示DART撞击的准确时间，以最大限度地减小偏差。

调查组将于2020年末至2021年春季再次观测Didymos。最后的地面观测将在航天器向小行星飞行时以及撞击发生后进行。

Didymos B的组成和结构非常关键

望远镜观测是理解Didymos的关键，但不足以完全了解Didymos。

DART撞击模拟工作组负责人、来自APL的Angela Stickle 表示，“尽管我们正在进行地面观测，但我们对Didymos B的物质组成和结构知之甚少。我们需要预料到各种可能性，并对其结果进行预测。这样一来，在DART撞击Didymos B之后，我们就能够知道测量结果告诉了我们什么。”

对于方程式而言，结构至关重要，行星物质组成和结构亦是如此,不同的结构意味着不同的数据意义。在Didymos中，研究人员不确定DART是否会撞击由固体岩石、松散碎石或更类似沙子的“更软”物质组成的小行星。较软的表面会吸收更多DART的力量，可能不会像击中相对较硬的表面那样使撞击目标剧烈推动，这样就削弱了预期效果。

2014年起，劳伦斯利弗莫尔国家实验室和DART团队合作进行了大量的建模和仿真模拟工作，以帮助研究人员预测DART的目标在撞击后会发生什么。通过不同的仿真模拟，他们已将各种不同因素纳入考虑：包括DART撞击产生的额外动力以及由此产生的从陨石坑中喷射出来的碎片等，这些仿真模拟有助于研究团队形成对DART撞击影响做出预期。

匆匆看一眼Didymos

归功于DART上搭载的DRACO成像仪和意大利航天局的一颗搭载CubeSat的LICIACube卫星，研究人员最终将有能力近距离观察Didymos小行星系统，尽管观测时间很短。

该鞋盒大小的LICIACube将在撞击发生前释放，记录DART的撞击及其影响。该卫星最近通过了初步设计审查，并已进入下一阶段的发展。

用于作战导航的 “双子星”侦察和小行星摄像机 (DRACO)是DART上唯一的机载仪器, 主要用作DART的光学导航系统，捕捉相关图像以帮助航天器抵达目标。

DARCO会将其所拍摄图像输入到APL开发的小型自主实时智能导航(SMART Nav)算法中,该系统将在飞船撞击前最后几小时前,自动且精确地将DART引导到Didymos B。智能导航正准备在模拟航天器的航空电子设备上接受一系列的测试。

为正式任务使用时的成功操作做好准备，这也会提高工程师在实战中的信心。

成功在即

虽然到目前为止，DART的大部分工作都是建模和仿真模拟，但航天器的许多零件已经开始成形。DART的全尺寸模型现在用作电缆和连接器组装的占位符，最终将构成线束。该任务已经签署了几个飞行硬件组件的制造合同，特别是航天器的太阳能电池阵列以及无线电和电源系统的电子设备也已经通过了关键的设计审查阶段。

通过最近的一次设计变更, DART除了能利用电力推进系统之外，也能依靠小型肼推进器完成其使命。NASA研发的进化氙推进器商用(NEXT-C)离子引擎,将推动主要发射窗口于2021年7月启动,缩短任务飞行时间。APL的DART项目经理Ed Reynolds表示，“DART只有一次机会完成任务，因此各项举措需为DART提供更多的参考，以确保它一击即中。

NASA最近选择SpaceX猎鹰9号执行DART发射任务。请点击NASA官网阅读更多相关信息

参考：

[1]https://www.nasa.gov/planetarydefense/dart/

[2]https://solarsystem.nasa.gov/news/929/nasas-first-planetary-defense-technology-demonstration-to-collide-with-asteroid-in-2022/