双小行星重定向测试

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November 27, 2021

双小行星重定向测试 (DART) 是 NASA 的一项太空任务,旨在测试一种行星防御近地天体 (NEO) 的方法。它将故意将太空探测器撞向双小行星 Didymos,以测试航天器撞击的动能是否可以成功地使与地球碰撞的小行星偏转。 DART 是 NASA 和约翰霍普金斯应用物理实验室 (APL) 的联合项目,由 NASA 行星防御协调办公室管理,多个 NASA 实验室和办公室提供技术支持。国际合作伙伴,如欧洲、意大利和日本的航天机构,正在为相关或后续项目做出贡献。 2018 年 8 月,NASA 批准该项目开始最终设计和组装阶段。 DART 于 2021 年 11 月 24 日启动,在 06:21:02 UTC,碰撞定于 2022 年 9 月 26 日。

背景

最初,欧洲航天局 (ESA) 和 NASA 制定了测试小行星偏转策略的独立任务计划,到 2015 年,他们达成了一项名为 AIDA(小行星撞击和偏转评估)的合作,其中涉及两个协同工作的独立航天器发射。根据该提议,欧洲航天器 AIM 将于 2020 年 12 月发射,而 DART 将于 2021 年 7 月发射,AIM 将围绕较大的小行星运行,以研究其组成和月球的组成。 DART 将在 2022 年 9 月接近地球时撞击小行星的月球。 AIM 将研究小行星的强度、表面物理特性和内部结构,并测量对小行星卫星绕较大小行星轨道的影响。 AIM 轨道器被取消,将无法获得小行星的完整特征,将通过地面望远镜和雷达监测 DART 撞击的影响。 2017 年 6 月,美国宇航局批准了从概念开发到初步设计阶段的转变,并于 8 月2018 年 NASA 批准该项目开始最终设计和组装阶段。 2019 年 4 月 11 日,NASA 宣布将使用 SpaceX Falcon 9 发射 DART。最初计划将 DART 作为商业发射的辅助有效载荷以保持低成本;然而,2018 年 11 月的任务更新报告指出,该任务有一个专用运载火箭。科学家估计太阳系中有 25,000 颗大型小行星,但迄今为止,调查已发现约 8000 颗;所以,美国宇航局官员认为,如果近地天体威胁地球,制定有效的计划势在必行。

描述

DART 是一个撞击器,质量为 610 千克(1,340 磅),除了太阳传感器、恒星跟踪器和 20 厘米(7.9 英寸)孔径相机(用于光学导航的 Didymos 侦察和小行星相机 - DRACO)外,不承载任何科学有效载荷) 基于新视野号航天器上的远程侦察成像仪 (LORRI),以支持自主导航以撞击位于其中心的小行星卫星。据估计,500 公斤(1,100 磅)DART 的撞击速度为 6.6 公里/秒( 4.1 英里/秒)会产生 0.4 毫米/秒数量级的速度变化,这会导致小行星系统的轨迹发生很小的变化,但随着时间的推移,它会导致路径发生很大的变化。在数百万公里的跨度上,累积的轨迹变化将消除先前撞击地球的小行星撞击地球的风险。实际的速度变化和轨道偏移将在几年后由名为 Hera 的航天器进行测量,该航天器将进行详细的侦察和评估。 Hera 于 2019 年 11 月获得批准。 DART 航天器使用 NEXT 离子推进器,一种太阳能电力推进器。它将由 22 平方米(240 平方英尺)的太阳能电池阵列提供动力,以产生为 NASA Evolutionary Xenon Thruster–Commercial (NEXT-C) 发动机提供动力所需的 ~3.5 kW。航天器的太阳能电池阵列使用滚出太阳能电池阵列 (ROSA) ) 设计,并于 2017 年 6 月在国际空间站上进行了测试,作为 Expedition 52 的一部分,由 SpaceX CRS-11 商业货运任务运送到空间站。使用 ROSA 作为结构,DART 太阳能电池阵列的一小部分是配置为展示转型太阳能电池阵列技术,它具有非常高效的太阳能电池和反射聚光器,提供的功率是当前太阳能电池阵列技术的三倍。 DART 航天器是第一个使用新型高增益通信天线——螺旋径向线槽阵列 (RLSA) 的航天器.该天线在 7.2 和 8.4 GHz 的 X 波段 NASA 深空网络 (NASA DSN) 频率下运行。制造的天线超过了给定的要求,与模拟非常吻合,并且已经通过环境测试,产生了 TRL-6 设计。该天线在 7.2 和 8.4 GHz 的 X 波段 NASA 深空网络 (NASA DSN) 频率下运行。制造的天线超过了给定的要求,与模拟非常吻合,并且已经通过环境测试,产生了 TRL-6 设计。该天线在 7.2 和 8.4 GHz 的 X 波段 NASA 深空网络 (NASA DSN) 频率下运行。制造的天线超过了给定的要求,与模拟非常吻合,并且已经通过环境测试,产生了 TRL-6 设计。

二级航天器

意大利航天局 (ASI) 将提供一个名为 LICIACube(用于小行星成像的轻型意大利立方体卫星)的二级航天器,这是一个小型立方体卫星,将搭载 DART 并在撞击前 10 天分离,以获取撞击和喷射物漂移时的图像经过小行星。LICIACube 将直接与地球通信,在 Dimorphos 飞越后发回喷射物的图像。LICIACube 配备了两个光学相机,分别称为 LUKE 和 LEIA。

后续任务

在一个合作项目中,欧洲航天局正在开发赫拉航天器,该航天器将于 2024 年发射到迪迪莫斯,并于 2027 年抵达——即 DART 撞击后的 5 年——以进行详细的侦察和评估。Hera 将携带两颗 CubeSat,Milani 和 Juventas。

AIDA 任务架构

任务简介

目标小行星

该任务的目标是 65803 Didymos 系统中的 Dimorphos,这是一个双小行星系统,其中一颗小行星被一个较小的小行星环绕。主小行星 (Didymos A) 的直径约为 780 m (2,560 ft);它的小型卫星 Dimorphos (Didymos B) 直径约 160 m (520 ft),位于距主卫星约 1 km (0.62 mi) 的轨道上。DART 将瞄准较小的小行星 Dimorphos。Didymos 不是穿越地球的小行星,偏转实验不可能造成撞击危险。

飞行前准备

DART 的发射准备工作于 2021 年 10 月 20 日开始,当时航天器开始在加利福尼亚的范登堡太空部队基地加油。 10 月初,该航天器经过一次越野驾驶,抵达隆波克附近的范登堡太空部队基地 (VSFB)。从那时起,DART 团队成员一直在为航天器做准备飞行,测试航天器的机制和电气系统,将最终部件包裹在多层绝缘毯中,并在发射场和 APL 的任务操作中心练习发射序列。 DART 于 2021 年 10 月 26 日前往 VSFB 上的 SpaceX 有效载荷处理设施。 两天后,该团队获得批准,可以为 DART 的燃料箱填充大约 50 公斤(110 磅)肼推进剂,用于航天器机动和姿态控制。DART 还为 NEXT-C 离子发动机携带约 60 公斤(130 磅)的氙气。工程师在航天器于 2021 年 10 月上旬离开 APL 之前装载了氙气。从 2021 年 11 月 10 日开始,工程师将航天器“配对”到堆叠在 SpaceX Falcon 9 运载火箭顶部的适配器。没有有效载荷整流罩的猎鹰 9 号火箭滚动进行静态点火,然后再次返回处理设施,SpaceX 的技术人员在 11 月 16 日和 17 日的两天内,在航天器周围安装了两半整流罩位于加利福尼亚州范登堡太空部队基地的 SpaceX 有效载荷处理设施和地面团队在该周晚些时候成功完成了飞行准备审查,整流罩然后连接到火箭。发射前一天,运载火箭从机库滚出,进入范登堡太空发射中心 4 (SLC-4E) 的发射台,在那里将航天器推进太空并开始 DART 前往 Didymos 系统的旅程。

发射

Dart 飞船于 2021 年 11 月 24 日发射。早期规划表明,DART 计划部署到旨在避开月球的高海拔、高离心率地球轨道。在这种情况下,DART 将使用其(低推力、高效率)NEXT 离子发动机缓慢地从其高地球轨道逃逸到略微倾斜的近地太阳轨道,从那里它会机动到与目标的碰撞轨迹上。但由于这是一个专门的猎鹰 9 任务,当第二阶段重新点燃以进行第二次发动机启动或逃逸燃烧时,有效载荷和猎鹰 9 的第二阶段被直接放置在地球逃逸速度轨迹上或直接放置在日心轨道上。因此,尽管 DART 搭载了首创的电动推进器和大量氙气燃料,但猎鹰 9 号几乎完成了所有工作,离开航天器后,当它返回 Didymos 的卫星 Dimorphos 时,它会使用简单的化学推进器进行一些轨迹修正。

画廊

也可以看看

小行星撞击避免 B612 基金会 Don Quijote(航天器) NEOCam 行星防御小行星和彗星 太空卫士基金会

参考

外部链接

双小行星重定向测试 (DART) 任务 - NASA 的行星防御页面,关于 DART DART 撞击小行星的任务 - NASA 博客 NASA 的 DART 任务发射,2021-11-24 - 官方广播/流