NASA“双小行星重定向测试”DART任务航天器9月26日将撞向小行星Dimorphos

NASA“双小行星重定向测试”DART任务航天器9月26日将撞向小行星Dimorphos
（神秘的双小试地球uux.cn）据cnBeta：美国宇航局（NASA）的“双小行星重定向测试”（DART）任务的挑战性目标是在9月26日将其航天器撞向一颗小行星。它的行星向测向小行星目标是Dimorphos，一颗围绕着一个名为Didymos的重定较大小行星运行的小卫星。尽管这颗小行星对地球不构成威胁，天器但这次任务将测试技术，月日这些技术可用于保护我们的将撞星球，以应对未来可能发现的双小试潜在小行星或彗星危险。
位于马里兰州劳雷尔的行星向测向小行星约翰霍普金斯应用物理实验室（APL）为NASA设计并领导这项雄心勃勃的任务。然而，重定与许多任务一样，天器这项工作需要NASA各中心的月日专业知识。在该机构位于加利福尼亚州帕萨迪纳的将撞喷气推进实验室（JPL）的情况下，这些专业知识用于导航、双小试小行星科学、行星向测向小行星目标的重定精确定位，以及地球到航天器的通信。
“像我们与APL的战略伙伴关系是先进空间任务发展的命脉，”JPL主任Laurie Leshin说。“我们与APL合作的历史可以追溯到旅行者号，并延伸到未来，如 Europa Clipper任务。我们一起做的工作使我们所有人--以及我们的任务--变得更好。我们很自豪能够支持DART任务和团队。”
DART航天器于2021年11月23日发射，大约1320磅（约600公斤），当它撞击直径仅为525英尺（160米）的Dimorphos时，将位于距离地球680万英里（约1100万公里）的地方。更具挑战性的是，航天器将以每秒约4英里（6.1公里）的速度接近这块太空岩石，也就是每小时约14000英里（22530公里）。Dimorphos每隔11.9小时绕着直径约为半英里（780米）的Didymos运行一次。
JPL的导航部门在使航天器准确到达遥远的地点方面相当有经验（例如：卡西尼号到土星，朱诺号到木星，毅力号到火星）。每个任务都会带来其独特的挑战，而DART就有很多。
“这是一项困难的工作，”JPL的Julie Bellerose说，她领导DART航天器的导航团队。“导航团队工作的很大一部分是在撞击前24小时让DART进入一个9英里宽（15公里宽）的空间盒子。”Bellerose说，在那个时候，任务的最后一次轨迹修正机动（发射推进器以改变飞行方向）将由任务控制人员在地球上执行。从那时起，一切都取决于DART。
在其单程旅程的最后几个小时里，DART将使用由APL创建的自主机载导航仪来保持航线。SMART Nav，即小体机动自主实时导航，从DART的DRACO（Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation）高分辨率相机中收集和处理Didymos和Dimorphos的图像，然后使用一套计算算法来确定在撞击前的最后四个小时需要做什么机动。
与DART团队一起，另一组JPL导航员正在计算和规划DART航天器同伴的轨迹。意大利航天局（ASI）的轻型意大利小行星成像立方体卫星，或LICIACube，它的重要任务是对DART对Dimorphos的撞击效果进行成像。这个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计划撞击小行星月球Dimorphos的15天之前--在JPL团队的协助下，自己在行星际空间中航行。
JPL的LICIACube导航负责人Dan Lubey说：“我们正在与ASI合作，使LICIACube在DART撞击后2至3分钟内到达Dimorphos的25至50英里（40至80公里）范围内--足够近，以获得撞击和喷出物羽流的良好图像，但不会近到LICIACube可能被喷出物击中。”
虽然不是DART任务成功的必要条件，但这颗小卫星的两台光学相机LEIA（LICIACube Explorer Imaging for Asteroid）和LUKE（LICIACube Unit Key Explorer）将提供的撞击前和撞击后的图像可以使科学界在研究近地天体方面受益，并有助于解释DART的结果。
时间和空间
JPL的近地天体研究中心（CNEOS）是NASA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）内的位置，而且还要确定Dimorphos何时能从DART的接近方向看到--并能进入。
与其他机构的研究人员一起，CNEOS的成员将研究由撞击喷出的岩石和碎石（破碎的岩石和灰尘），以及新形成的撞击坑和Dimorphos在其母小行星周围轨道上的运动。在JPL的Steve Chesley领导下，他们不仅将检查来自DART和LICIACube的数据和图像，还将检查来自太空和地面望远镜的数据。
科学家们认为，这次撞击应该使小卫星围绕大小行星的轨道周期缩短数分钟。这个时间长度应该足以让地球上的望远镜观察和测量这些影响。它也应该足以让这次试验证明动能撞击技术--撞击小行星以调整其速度，从而调整其路径--事实上可以保护地球免受小行星的撞击。
在这些基于地球的望远镜中，重要的贡献者包括NASA的深空网络，即JPL管理的巨型射电望远镜天线阵列。在JPL科学家Shantanu Naidu的领导下，位于加利福尼亚州巴斯托附近的深空网络Goldstone综合体的深空站14号巨大的70米（230英尺）天线，将在撞击后约11小时开始观测天体碰撞的后果，当时地球的旋转将Didymos和Dimorphos带入Goldstone的视野。从这两颗太空岩石上反弹出来的回波数据应该有助于确定小卫星的轨道发生了什么变化，甚至可能提供一些粗略的分辨率雷达图像。
当然，无线电科学只是深空网络作用的一部分。导航小组也依赖于它，因为该网络是美国宇航局自1963年以来与月球和其他地方的航天器进行通信的手段。
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（神秘的地球uux.cn）据cnBeta：Dimorphos是一块离地球很远的太空岩石，我们人类甚至不知道它长什么样子--而在周一，NASA将要用一艘航天器将它撞碎。双重小行星重定向测试(DART)在撞击小行星时将以超过14000英里的时速飞行，这将是有史以来最金属的科学实验之一。
DART是美国宇航局想看看其是否能改变小行星在太空中的运动的一个项目。它被称为世界上第一个“行星防御测试任务”。
无论是Dimorphos还是其较大的同伴Didymos都不会对地球构成任何威胁。事实上，目前还没有发现任何对我们星球构成直接威胁的小行星。这两个只是很好的目标练习。Dimorphos和Didymos是一个双小行星系统，Dimorphos是Didymos的“小卫星”。当这个小卫星绕着大小行星运行时，它在大小行星和地球之间穿行。这意味着世界上和世界外的望远镜都可以监测这个系统，并且还能相对快速地看到撞击对Dimorphos的速度和轨迹的影响。
撞击后不久，地球上每个大陆上的望远镜都将聚焦于该系统以观察其后果。在地球之外，詹姆斯-韦伯太空望远镜、哈勃甚至是小行星上的Lucy飞船都将把它们的目光投向这个小行星系统，以此来看看当一块石头遇到一个坚硬的航天器时会发生什么。
玩转行星防御
研究人员称，这次撞击预计会将Dimorphos的速度改变几分之一，使其完成轨道的时间改变几分钟。这可能看起来不多，但对于行星防御科学家来说，这几分钟是非常重要的。NASA防御官员Lindley Johnson在任务开始前的新闻发布会上说道：“这次演示对我们在地球上的未来极为重要。”
Johnson称，这一历史时刻是独一无二的，这是人类第一次既了解小行星构成的威胁又实际拥有技术来做一些事情。如果我们真的探测到一块巨大的石头向地球飞来，那么有一个或两个计划来阻止这块石头无疑是件好事。
“DART正在展示我们所谓的动能撞击技术以改变小行星在空间的速度，进而改变其轨道，”Johnson说道。
行星防御工具箱中还有其他选择，包括“重力牵引器”--一个可以飞到小行星旁边的航天器，然后轻轻地把它拉到一个更安全的路径。还有一种可能性是向小行星发射离子束，这需要持续很长时间，然后将其推到不同的轨道上。DART正在首先尝试一种更直接的方法，即全速撞向它。
为撞击做准备
在其最后的接近过程中，DART将自己驾驶。约翰-霍普金斯应用物理实验室的DART任务系统工程师Elena Adams在一次新闻发布会上说，将有约44人在控制室观察遥测和数据，但在撞击前约4小时开始航天器必须做一切事情。它身上有一个智能导航系统，正在引导它前往Didymos/Dimorphos系统。它在今年夏天早些时候发现了Didymos，但直到撞击前约一小时它才能够看到实际目标Dimorphos。
当它发现Dimorphos时，这个163米宽的小行星将只显示为一个像素。这将足以让导航系统开始追踪岩石本身，而不是其伴生小行星。Adams称，在撞击前两分半钟，将航天器带到该点的导航系统将关闭。“我们只是要把相机对准，拍下我们将首次看到的这颗小行星的最惊人的照片，”他说道。
由于这是一次千载难逢的经历，该团队将详细记录这次碰撞。
除了太空和地球上的观测站将进行观察外，DART自己的相机将在最后一刻之前发回图像并将其传回地球以便人们能看到任务达到其戏剧性的结论。
此外，一个小型的配套航天器将记录太空中的行动。意大利的LICIACube（用于成像小行星的轻型意大利CubeSat）与DART一起发射并在9月11日与较大的航天器分离。它正在跟踪它的同伴并将记录实验的后果，它将在撞击后约三分钟内飞过Dimorphos。另外它还将有机会看到Dimorphos的另一面，而大型航天器将永远无法看到这一面。
接下来将发生什么？
“这项任务有两个部分。第一部分是撞击小行星，下一部分是实际测量之后发生的事情，”Admas说道。该团队预计小行星在碰撞后会跑得更快并将随着时间的推移对其进行跟踪。
“这就像你掉了你的手表并摔坏了它。它不会保持一定的时间，”DART的项目科学家Tom Statler说道，“你可能不会马上注意到它，但是在接下来的几周、几天和几周内你会注意到你的手表在快速运转--我们会注意到双子小行星系统在快速运转。”
虽然Statler和其他研究人员对撞击后可能发生的情况有一个很好的想法，但这次测试的一个重要原因是，我们不知道当我们撞上小行星时到底会发生什么。有关小行星对撞击的反应的信息可以帮助校准未来的测试并最终告知我们如何接近一个有威胁的小行星。
“作为一名科学家，我完全希望能从实验结果中获得惊喜，”Statler说道，“尽管作为一个行星保卫者，我不希望太惊讶。”
如何收看NASA的DART任务
NASA将于美东部时间9月26日周一下午6点开始报道DART的撞击。预计碰撞将在美东时间7点14分发生。人们可以在NASA的网站或YouTube频道上收看现场报道或在Facebook和Twitter上关注。
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（神秘的地球uux.cn）据cnBeta：NASA的DART任务在地球进行砸向小行星月球的致命旅程之前拍摄了罕见的图像。DART任务使用了一个撞击器航天器和一个由意大利航天局开发的侦察卫星，后者将把任务的照片发回地球。
作为明天撞击的试运行的一部分，监测立方体卫星从约1100万公里的距离传回了一张罕见的地球图像。
DART任务和CubeSat是在去年年底由SpaceX的猎鹰9号火箭发射，竟日的活动将使NASA在小行星经过未来几十年最接近地球的时候有难得的机会来测试这个系统。据悉，其撞击器航天器和卫星是一起发射，本月早些时候，当这对航天器到达目的地时，成像航天器跟撞击器分离。
成像航天器被命名为LICIACube，它有两个光学相机。这些将捕捉到小行星的表面，更重要的是，会记录下撞击器航天器与小行星系统的卫星的碰撞。
据NASA介绍称，目标小行星系统被称为Didymos小行星系统，其特点是主小行星Didymos和其卫星小行星Dimorphos。该机构的估计表明，小行星的小行星重达50亿公斤，而撞击的航天器在撞击时将重达570公斤左右。
在撞击事件之前，这两台相机都在本周早些时候进行了测试，其中一台捕捉到了地球的图像，另一台捕捉到了昴宿星团的图像。
NASA将通过确定小卫星围绕主小行星的轨道是否发生变化来评估这次任务是否成功。该机构将通过位于地球上的望远镜观察这颗小行星，这也是选择9月下旬作为撞击日期的一个关键原因，因为地球和小行星系统之间的距离较小，有助于望远镜成像。
在撞击前四小时，航天器将变得完全自主，而地面控制人员将保留手动指挥的能力。自主性是至关重要的，因为跟航天器沟通的时间滞后，另外在撞击时它将以每小时14,000英里的速度飞行，这使得手动控制它变得非常棘手。
撞击航天器使用12个肼类推进器进行推进，NASA负责DART任务的系统工程师Elena Adams女士在一次媒体电话会议上介绍道：“撞击前三分钟，撞击前两分钟，它的大小是42个像素，你的移动速度非常快，在这一点上，你不能发送任何指令。所以你的系统必须非常非常精确地控制航天器，除了望远镜本身之外，我们从航天器上所有不同的传感器获取什么信息。”
在撞击前一小时，航天器将重新定位到Dimorphus而非Didymos，小卫星将只在相机上作为一个小像素可见。每张图片有两秒半的延迟，38秒的旅行时间和长达8秒的处理时间--意味着地面上收到的图片大概会晚45秒。
这项任务还将让NASA分析小行星的表面并确定不同的表面类型如何应对撞击。并非所有的小行星表面都是固体，因为低密度往往使它们具有流体般的感觉。
在发射航天器之前，NASA在地面上进行了广泛的测试，通过利用木星的卫星来模仿小行星系统来训练航天器的导航系统。为这个系统提供动力的算法类似于导弹中使用的算法。该机构还将把DART实验中的动能撞击效果跟它在地面上的模拟结果进行比较以检查其物理学的正确性。
NASA将在美东部时间9月26日下午6点开始对DART任务进行报道，撞击的目标时间为晚上7点14分。