位于馬里蘭州勞雷爾的約翰霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）為NASA設(shè)計(jì)并領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)雄心勃勃的任務(wù)。然而，與許多任務(wù)一樣，這項(xiàng)工作需要NASA各中心的專業(yè)知識(shí)。在該機(jī)構(gòu)位于加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的情況下，這些專業(yè)知識(shí)用于導(dǎo)航、小行星科學(xué)、目標(biāo)的精確定位，以及地球到航天器的通信。

“像我們與APL的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系是先進(jìn)空間任務(wù)發(fā)展的命脈，”JPL主任Laurie Leshin說。“我們與APL合作的歷史可以追溯到旅行者號(hào)，并延伸到未來，如 Europa Clipper任務(wù)。我們一起做的工作使我們所有人--以及我們的任務(wù)--變得更好。我們很自豪能夠支持DART任務(wù)和團(tuán)隊(duì)。”

(資料圖)

DART航天器于2021年11月23日發(fā)射，大約1320磅（約600公斤），當(dāng)它撞擊直徑僅為525英尺（160米）的Dimorphos時(shí)，將位于距離地球680萬(wàn)英里（約1100萬(wàn)公里）的地方。更具挑戰(zhàn)性的是，航天器將以每秒約4英里（6.1公里）的速度接近這塊太空巖石，也就是每小時(shí)約14000英里（22530公里）。Dimorphos每隔11.9小時(shí)繞著直徑約為半英里（780米）的Didymos運(yùn)行一次。

JPL的導(dǎo)航部門在使航天器準(zhǔn)確到達(dá)遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)方面相當(dāng)有經(jīng)驗(yàn)（例如：卡西尼號(hào)到土星，朱諾號(hào)到木星，毅力號(hào)到火星）。每個(gè)任務(wù)都會(huì)帶來其獨(dú)特的挑戰(zhàn)，而DART就有很多。

“這是一項(xiàng)困難的工作，”JPL的Julie Bellerose說，她領(lǐng)導(dǎo)DART航天器的導(dǎo)航團(tuán)隊(duì)。“導(dǎo)航團(tuán)隊(duì)工作的很大一部分是在撞擊前24小時(shí)讓DART進(jìn)入一個(gè)9英里寬（15公里寬）的空間盒子?！盉ellerose說，在那個(gè)時(shí)候，任務(wù)的最后一次軌跡修正機(jī)動(dòng)（發(fā)射推進(jìn)器以改變飛行方向）將由任務(wù)控制人員在地球上執(zhí)行。從那時(shí)起，一切都取決于DART。

在其單程旅程的最后幾個(gè)小時(shí)里，DART將使用由APL創(chuàng)建的自主機(jī)載導(dǎo)航儀來保持航線。SMART Nav，即小體機(jī)動(dòng)自主實(shí)時(shí)導(dǎo)航，從DART的DRACO（Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation）高分辨率相機(jī)中收集和處理Didymos和Dimorphos的圖像，然后使用一套計(jì)算算法來確定在撞擊前的最后四個(gè)小時(shí)需要做什么機(jī)動(dòng)。

與DART團(tuán)隊(duì)一起，另一組JPL導(dǎo)航員正在計(jì)算和規(guī)劃DART航天器同伴的軌跡。意大利航天局（ASI）的輕型意大利小行星成像立方體衛(wèi)星，或LICIACube，它的重要任務(wù)是對(duì)DART對(duì)Dimorphos的撞擊效果進(jìn)行成像。這個(gè)烤面包機(jī)大小的航天器于9月11日與DART斷開連接--正好是DART計(jì)劃撞擊小行星月球Dimorphos的15天之前--在JPL團(tuán)隊(duì)的協(xié)助下，自己在行星際空間中航行。

JPL的LICIACube導(dǎo)航負(fù)責(zé)人Dan Lubey說：“我們正在與ASI合作，使LICIACube在DART撞擊后2至3分鐘內(nèi)到達(dá)Dimorphos的25至50英里（40至80公里）范圍內(nèi)--足夠近，以獲得撞擊和噴出物羽流的良好圖像，但不會(huì)近到LICIACube可能被噴出物擊中?！?/p>

雖然不是DART任務(wù)成功的必要條件，但這顆小衛(wèi)星的兩臺(tái)光學(xué)相機(jī)LEIA（LICIACube Explorer Imaging for Asteroid）和LUKE（LICIACube Unit Key Explorer）將提供的撞擊前和撞擊后的圖像可以使科學(xué)界在研究近地天體方面受益，并有助于解釋DART的結(jié)果。

時(shí)間和空間

JPL的近地天體研究中心（CNEOS）是NASA行星防御協(xié)調(diào)辦公室（PDCO）的一個(gè)組成部分，其任務(wù)不僅是確定Didymos在太空中16英里（25公里）內(nèi)的位置，而且還要確定Dimorphos何時(shí)能從DART的接近方向看到--并能進(jìn)入。

與其他機(jī)構(gòu)的研究人員一起，CNEOS的成員將研究由撞擊噴出的巖石和碎石（破碎的巖石和灰塵），以及新形成的撞擊坑和Dimorphos在其母小行星周圍軌道上的運(yùn)動(dòng)。在JPL的Steve Chesley領(lǐng)導(dǎo)下，他們不僅將檢查來自DART和LICIACube的數(shù)據(jù)和圖像，還將檢查來自太空和地面望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)。

科學(xué)家們認(rèn)為，這次撞擊應(yīng)該使小衛(wèi)星圍繞大小行星的軌道周期縮短數(shù)分鐘。這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)該足以讓地球上的望遠(yuǎn)鏡觀察和測(cè)量這些影響。它也應(yīng)該足以讓這次試驗(yàn)證明動(dòng)能撞擊技術(shù)--撞擊小行星以調(diào)整其速度，從而調(diào)整其路徑--事實(shí)上可以保護(hù)地球免受小行星的撞擊。

在這些基于地球的望遠(yuǎn)鏡中，重要的貢獻(xiàn)者包括NASA的深空網(wǎng)絡(luò)，即JPL管理的巨型射電望遠(yuǎn)鏡天線陣列。在JPL科學(xué)家Shantanu Naidu的領(lǐng)導(dǎo)下，位于加利福尼亞州巴斯托附近的深空網(wǎng)絡(luò)Goldstone綜合體的深空站14號(hào)巨大的70米（230英尺）天線，將在撞擊后約11小時(shí)開始觀測(cè)天體碰撞的后果，當(dāng)時(shí)地球的旋轉(zhuǎn)將Didymos和Dimorphos帶入Goldstone的視野。從這兩顆太空巖石上反彈出來的回波數(shù)據(jù)應(yīng)該有助于確定小衛(wèi)星的軌道發(fā)生了什么變化，甚至可能提供一些粗略的分辨率雷達(dá)圖像。

當(dāng)然，無(wú)線電科學(xué)只是深空網(wǎng)絡(luò)作用的一部分。導(dǎo)航小組也依賴于它，因?yàn)樵摼W(wǎng)絡(luò)是美國(guó)宇航局自1963年以來與月球和其他地方的航天器進(jìn)行通信的手段。