圖片來源：NASA

盡管人類當(dāng)前正在與新型冠狀病毒作斗爭，盡管它占據(jù)了我們的大部分注意力，但其他威脅仍然存在。未來可能發(fā)生的小行星撞擊地球的威脅目前還處于次要地位，但它仍然存在。

盡管目前看來小行星撞擊似乎是短暫的，但它是一種真正的威脅，而且與冠狀病毒不同，它具有終結(jié)人類的潛力。美國國家航天局（NASA）和歐空局（ESA）等機(jī)構(gòu)仍在制定計(jì)劃，以保護(hù)我們免受這種威脅。

NASA的DART（雙小行星重定向測試）任務(wù)計(jì)劃于2021年7月22日發(fā)射。這是一項(xiàng)示范性任務(wù)，旨在研究利用動(dòng)能撞擊使小行星偏轉(zhuǎn)的過程。它將前往名為Didymos（或65803 Didymos）的雙小行星系統(tǒng)。這個(gè)雙小行星系統(tǒng)不會(huì)對(duì)地球構(gòu)成威脅。

該雙星系統(tǒng)中較大的一顆小行星名為Didymos A，直徑約780米，而較小的一顆小行星名為Didymos B，直徑僅約160米。DART將撞向Didymos B。它的尺寸接近威脅地球的小行星尺寸。

DART要到達(dá)Didymos需要飛過很多區(qū)域。在2021年7月發(fā)射后，它將于9月22日達(dá)到目標(biāo)小行星，屆時(shí)這個(gè)雙星系統(tǒng)將距離地球不到1100萬公里（680萬英里）。為了抵達(dá)這一雙星系統(tǒng)，DART將依靠功能強(qiáng)大的離子推進(jìn)器，稱為NASA的進(jìn)化氙推進(jìn)器（NEXT-C）。

基于觀測數(shù)據(jù)的雙小行星Didymos模擬圖像。 （圖片來源：Naidu et al., AIDA Workshop，2016）

發(fā)動(dòng)機(jī)由兩個(gè)主要部件組成：推進(jìn)器和動(dòng)力處理單元（PPU）。NEXT-C正在為這次任務(wù)做準(zhǔn)備，包括性能和環(huán)境方面的一系列測試。該推進(jìn)器經(jīng)過振動(dòng)、熱真空和性能測試后，與PPU集成。它還經(jīng)受了模擬的太空飛行條件：發(fā)射過程中的極端振動(dòng)以及太空中的極端寒冷。

NEXT-C是一款強(qiáng)大的推進(jìn)器。離子推進(jìn)器不同于火箭，火箭需要巨大的推力才能將東西從地球的引力中拉起。但是就離子推進(jìn)而言，它是一個(gè)非常強(qiáng)大的單元。它比NASA的DAWN和“深空一號(hào)”航天器上的NSTAR離子推進(jìn)器更強(qiáng)大。

NEXT可以產(chǎn)生6.9kW推力功率和236mN推力。在所有離子發(fā)動(dòng)機(jī)中，該發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的總沖量最高，達(dá)到了17MN·s。以衡量推進(jìn)劑使用效率的指標(biāo)“比沖量”來比較，NSTAR的比沖量為3120秒，而NEXT的比沖量達(dá)到了4190秒。

測試成功后，推進(jìn)器的動(dòng)力處理單元將從另一個(gè)真空室中取出。 （圖片來源：NASA / Bridget Caswell）

離子推進(jìn)器不像火箭那樣燃燒燃料，盡管它們確實(shí)使用推進(jìn)劑。像NEXT-C所使用的一樣，推進(jìn)劑通常是氙氣。NEXT-C離子發(fā)動(dòng)機(jī)是雙柵極系統(tǒng)。

氙氣被送入腔室，在腔室中遇到第一個(gè)或上游柵網(wǎng)電極。太陽能電池板提供電能，第一個(gè)柵網(wǎng)電極帶正電。當(dāng)氙離子通過上游柵網(wǎng)電極時(shí)，它們會(huì)帶正電。這將它們吸引到第二個(gè)或加速柵網(wǎng)電極，該電極帶負(fù)電。這就將它們推動(dòng)出發(fā)動(dòng)機(jī)，提供推力。推力等于上游離子與加速柵網(wǎng)電極之間的力。

當(dāng)DART到達(dá)Didymos雙小行星系統(tǒng)時(shí)，它將有一些同伴。意大利航天局為此次任務(wù)提供了LICIA（用于對(duì)小行星成像的意大利輕型立方體衛(wèi)星）。LICIA是6個(gè)立方體衛(wèi)星，在與Didymos B發(fā)生碰撞之前，它將與DART分離。它將捕捉撞擊過程以及撞擊后噴射出的碎片圖像，并將其傳回地球。

NASA進(jìn)化氙推進(jìn)器正在真空室內(nèi)進(jìn)行測試。 （圖片來源：NASA）

這次撞擊預(yù)計(jì)將使Didymos B的軌道速度改變約0.5mm/s。這將極大地改變它的旋轉(zhuǎn)周期，使得地面望遠(yuǎn)鏡能夠觀測到它的變化。這次撞擊還將在小行星表面留下一個(gè)約20m寬的隕石坑。

雖然DART在撞擊時(shí)將被摧毀，但ESA正在計(jì)劃后續(xù)任務(wù)。它被稱為Hera，計(jì)劃于2024年發(fā)射，并于2027年到達(dá)。Hera將不僅研究DART的撞擊，還將攜帶一套有效載荷來了解更多雙小行星系統(tǒng)和小行星內(nèi)部信息。

作者：Evan Gough

翻譯：周琪

審校：戴晨

引進(jìn)來源：今日宇宙

引進(jìn)鏈接：http://phys.org/news/2020-03-powerful-ion-nasa-dart-mission.html


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