首頁 > 研發(fā) 美國雙小行星重定向測試（DART）任務解析 軍工資源網(wǎng) 2022年04月12日 前 言2021年11月23日，美國國家航空航天局(NASA)的雙小行星重定向測試(DART)航天器搭乘SpaceX公司獵鷹9號火箭，從加利福尼亞州的范登堡太空基地4號發(fā)射場成功發(fā)射。這是NASA開展的首次行星防御技術測試任務，旨在通過動能撞擊改變小行星軌道。1、任務背景最初，NASA和歐空局(ESA)各自有獨自的小行星偏轉計劃。不過在2015年，NASA和ESA達成了協(xié)議，決定聯(lián)合實施“小行星撞擊和偏轉評估”(AIDA)任務。AIDA任務分為兩部分，包括NASA負責的DART任務以及ESA負責的“小行星撞擊任務”(AIM)任務(該任務后來改為規(guī)摸更小的“赫拉”任務)。AIDA任務圖DART任務由NASA行星防御協(xié)調(diào)辦公室(PDCO)資助并負責監(jiān)管，由約翰霍普金斯大學應用物理實驗室(APL)領導研制航天器，其他合作機構和公司包括噴氣推進實驗室(JPL)、戈達德太空飛行中心(GSFC)、約翰遜航天中心(JSC)、格倫研究中心(GRC)、蘭利研究中心(LaRC)、SpaceX公司、航空噴氣洛克達因(Aerojet Rocketdyne)公司、洛厄爾天文臺等。2、任務進展2017年6月，NASA批準DART從概念開發(fā)階段轉入初步設計階段。2018年8月，DART任務進入最終設計和裝配階段。2019年4月，NASA宣布將使用SpaceX公司的獵鷹9號運載火箭發(fā)射DART航天器。2021年11月，DART航天器成功發(fā)射。封裝前的DART航天器3、任務目標DART任務的驗證目標是“迪蒂莫斯”(Didymos)雙星系統(tǒng)，其主星(Didymos)直徑約780m、2.26h自轉一次，次星(Dimorphos)直徑約160m、11.9h繞主星公轉一次，兩星間距略大于1km。通過地基望遠鏡觀測“迪蒂莫斯”雙星系統(tǒng)亮度的變化規(guī)律，可以確定Dimorphos的運行軌道。在撞擊后用同樣的方法可以觀測Dimorphos軌道的變化。DART航天器預計將在2022年9月26日至10月1日之間進行攔截，此時“迪蒂莫斯”雙星系統(tǒng)距離地球不到1100萬公里，從而可以實現(xiàn)最高質(zhì)量的觀測。DART航天器將借助“偵察和小行星光學導航相機”(DRACO)和自主導航軟件，以6.6km/s的速度撞向Didymos雙星系統(tǒng)中的Dimorphos。碰撞將使Dimorphos在其圍繞Didymos的軌道上的速度改變百分之一,從而使小衛(wèi)星的軌道周期改變幾分鐘。DART任務軌道示意圖4、航天器DART航天器采用低成本設計，航天器尺寸為1.8×1.9×2.6m，發(fā)射質(zhì)量約610kg，執(zhí)行撞擊任務時質(zhì)量約為550kg。DART航天器發(fā)射時攜帶約50kg肼推進劑和60kg氙氣。DART航天器的兩種視圖DART航天器主要載荷為“偵察和小行星光學導航相機”(DRACO)，其設計來源于約翰霍普金斯大學應用物理實驗室(APL)開發(fā)的遠程偵察成像儀(LORRI)。DRACO相機采用窄角鏡頭，孔徑為208mm，視場角為0.29°，具有CMOS探測器和板載圖像處理器，支持SMART Nav自主導航算法。DRACO相機DART航天器推進系統(tǒng)采用NASA格倫研究中心開發(fā)的NEXT-C離子推進器，該推進器由美國航空噴氣洛克達因公司進行飛行硬件設計和制造。NEXT-C離子推進器在工作時最高可將氙氣推進劑加速到40km/s，推進器功率為6.9kW(可節(jié)流到0.5kW)，推力為25～236mN，比沖為1400～4200s，總沖量為17MN·s。NEXT-C離子推進器，時長02:44DART航天器推進系統(tǒng)(NEXT-C)DART航天器電力系統(tǒng)采用兩個美國Redwire公司下屬Deployable Space Systems公司開發(fā)的展開式太陽能電池陣列(ROSA)，單個展開尺寸為8.6m×2.3m，在任務之初可以提供超過6.6kW的電力。ROSA采用更加靈活且可卷曲的模塊化陣列，比傳統(tǒng)太陽能電池陣列更輕、更緊湊、更堅固。ROSA于2017年在國際空間站上成功測試，并于2021年6月安裝了更新版本。(左)DART航天器的ROSA陣列;(右)國際空間站上的ROSA陣列DART航天器通信系統(tǒng)采用X頻段,包括2個半球狀低增益天線和1個“徑向線槽天線”(RLSA)。RLSA是一種縫隙陣列天線，具有低成本、高增益的特點。“徑向線槽天線”(RLSA)DART任務還攜帶了意大利航天局(ASI)提供的LICIACube立方體衛(wèi)星，用于捕獲DART航天器撞擊Dimorphos的圖像、撞擊產(chǎn)生的噴射云以及撞擊坑。LICIACube立方星基于意大利Argotec公司開發(fā)的6U衛(wèi)星平臺，星上攜帶了窄視場全色相機(LEIA)和寬視場RGB相機(LUKE)。LICIACube立方星將在DART航天器撞擊Dimorphos前大約十天部署。LICIACube立方體衛(wèi)星小結：早在2005年，NASA就實施了首次彗星撞擊偏轉任務——深度撞擊(Deep Impact)，成功使目標彗星在3年后偏轉了10km。隨著DART任務的實施，NASA在提升近地天體動能撞擊防御技術的同時開發(fā)了先進光學導航技術，驗證了新型展開式太陽能電池陣列以及新型離子推進器，保持了在近地天體防御領域的話語權。
