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航天器与小行星相撞会怎样

2019-05-14 07:15 来源:科技日报

  图片来源:NASA官网

  据美国国家航空航天局(NASA)官网近日报道,作为NASA首个展示行星防御技术的任务,“双小行星重定向测试”(DART)航天器将于2022年9月与双小行星系统“双子星”中较小的“双子星B”(Didymos B)相撞。

  研究人员称,这颗小行星对地球没有威胁,是理想的测试目标,因为测量二元系统中较小的小行星围绕较大小行星轨道运行的变化,比观察绕太阳运行的小行星轨道的变化要容易得多。目前,包括来自约翰·霍普金斯应用物理实验室(APL)等机构的科学家正为该任务于2021年6月的发射做准备。

  知己知彼

  俗话说,知己知彼,百战不殆。为了让DART航天器能对目标一击即中,科学家们需要了解“双子星”系统的行为方式。

  “双子星”系统由“双子星A”(Didymos A)及其卫星“双子星B”组成,前者直径约为780米;后者直径约为160米并环绕前者飞行。据悉,航天器将借助安装在其上的一个摄像头和一款先进的自主导航软件,以6公里/秒的速度故意撞向“双子星B”,以便我们可以安全地观察其被撞击后的偏移情况。

  自2015年以来,科学家一直在从地球上观察“双子星”。现在,由北亚利桑那大学DART观测工作组负责人克里斯蒂娜·托马斯协调的国际团队,正在使用位于全球各地的强大的望远镜进行关键观测,随时监控该小行星系统的状态,这将有助于研究人员更好地了解,在2022年9月DART撞击“双子星B”后可能会出现什么情况。

  最近的一次观察活动在位于智利北部的帕瑞纳山上进行,科学家使用欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)对“双子星”进行了详细观察。VLT包括四个望远镜,每个望远镜拥有8.2米的主镜面,此次用到了其中的两个。

  DART调查团队联合负责人、APL的安迪·里夫金参与了最新的这次调查,他说:“‘双子星’系统太小、太远,只能被看作一个光点,但我们可以通过测量光点的亮度获得我们需要的数据,这个亮度会随着‘双子星A’旋转和‘双子星B’绕轨旋转而变化。从我们的角度来看,亮度变化指明了‘双子星B’何时从‘双子星A’的前方经过或隐藏在‘双子星A’的后面。这些观察将帮助科学家确定‘双子星B’相对‘双子星A’的位置,并告知DART撞击的确切时间以让偏移达到最大化。”

  调查小组将从2020年末到2021年春季再次观察“双子星”,最后的地面观测将在航天器向小行星前进时以及撞击发生后进行。

  组成和结构很关键

  但仅仅借助望远镜还不足以完全理解“双子星B”。

  DART撞击模拟工作组负责人、来自APL的安吉拉·斯蒂克说:“尽管我们正在进行基于地面的观测,但我们对于‘双子星B’的组成成分和结构知之甚少。我们需要想像各种各样的可能性并预测它们的结果。如此一来,在DART撞上‘双子星B’之后,我们就会大致知道测量结果。”

  “双子星B”的结构很关键,研究人员目前并不确定,“双子星B”是固体岩石、松散碎片还是更软或更像沙子一样的东西。如果是最后一种,那么较软的表面将吸收撞击产生的大部分力量,它就不会像一颗由更坚硬成分构成的小行星那样大幅度地被推动,这样就难以达到预期的效果。

  从2014年开始,APL就在与劳伦斯利弗莫尔国家实验室及其他调查团队的成员一起进行广泛的建模和模拟测试,以帮助研究人员预测,被DART撞击后“双子星B”会发生什么情况。

  惊鸿一瞥

  此外,研究人员将最终能看到“双子星”的“特写”——尽管只是惊鸿一瞥。这要得益于DART上搭载的“双子星”侦察和小行星照相机(DRACO)以及计划发射的立方星——来自意大利航天局的LICIACube。

  “用于作战导航的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,帮助航天器抵达目标。DRACO会将其拍摄的图像输入到APL开发的小型机动自主实时导航(SMART Nav)算法中,该系统将在最后几小时内获得精确数据并自动引导DART撞上“双子星B”。

  鞋盒大小的LICIACube将于撞击之前发射升空,它将记录DART撞击目标后产生的影响及其后果。这一项目最近通过了初步设计审查,并已进入开发的下一阶段。

  虽然迄今为止DART的大部分工作都是建模和模拟,但航天器的许多零件已经开始成型。航天器的几个硬件组件——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已进入制造阶段。此外,研究人员还对推进系统进行了修改,DART除了能利用电力推进系统完成任务外,也能依靠小型肼推进器完成其使命。

  来自APL的DART项目经理艾德·雷诺兹表示:“DART只有一次机会击中目标,各项工作都必须到位,以确保其一击即中。”

  (科技日报北京5月13日电)

(责任编辑:王蔚)

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