雙小行星改道測試

雙小行星改道測試，也稱雙小行星重定向測試^[5][6]（英語：Double Asteroid Redirection Test，DART）是一項美國航天任務，旨在測試一種針對近地天體（NEO）的避免撞擊方法。該任務將故意使一架太空探測器撞向雙生星的衛星雙衛一（Dimorphos），以測試太空船撞擊的動能效應是否能成功使一顆會與地球相撞的小行星偏離方向。太空探測器於2021年11月24日發射，並已於2022年9月26日撞擊目標。2022年10月11日，NASA宣佈DART任務成功，確認它將雙衛一的軌道週期縮短了約32分鐘，超過了73秒的成功門檻。^[7][8]

雙小行星改道測試
Double Asteroid Redirection Test

探測器撞擊小行星前的模擬情景
名稱	DART
任務類型	避免小行星撞擊
營運方	NASA  / 應用物理實驗室
網站	nasa.gov/planetarydefense/dart dart.jhuapl.edu/Mission/index.php
任務時長	DART: 10個月1天 LICIACube: 25個月22天 (進行中)
太空船屬性
太空船	DART撞擊器 LICIACube 立體衛星
製造方	約翰斯·霍普金斯大學應用物理實驗室
發射質量	DART: 670公斤（1,480磅）,[1] LICIACube: 14公斤（31磅）
尺寸	12.5乘2.4米（41.0乘7.9呎）
功率	6.6 瓦特
任務開始
發射日期	2021年11月24日, 06:21:02 UTC[2]
運載火箭	獵鷹9號Block 5, B1063.3[3]
發射場	范登堡太空基地，SLC-4E
承包方	SpaceX
雙生星 [4]撞擊器
太空船組件	DART
撞擊日期	2022年9月26日，23:14 UTC
搭載儀器
用於光學導航的雙生星偵察和小行星照相機（DRACO）
DART任務徽章 太陽系探測計劃 歐羅巴快船 →

DART是美國太空總署（NASA）和約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室（APL）的一個聯合項目，由NASA行星任務計劃辦公室管理，美國太空總署的幾個實驗室和辦公室提供技術支持。國際合作夥伴，如歐洲、意大利和日本的航天機構，正在為相關或後續項目做出貢獻。

背景

最初，歐洲太空總署（ESA）和美國太空總署（NASA）有獨立的測試小行星偏轉策略的任務計劃，到2015年，他們達成了一項名為艾達任務（英語：AIDA (mission)）的合作，涉及兩個獨立的太空船發射，協同工作^[9][10][11]。根據該提案，歐洲太空船AIM將於2020年12月發射，DART將於2021年7月發射。AIM將圍繞較大的小行星運行，以研究其組成和其衛星的組成。然後，DART將在2022年10月接近地球時撞擊小行星的衛星^[10]。AIM將研究小行星的強度、表面物理特性和內部結構，並測量對小行星衛星圍繞大小行星的軌道的影響。

AIM軌道器被取消了，小行星的全部特徵將無法獲得，而DART的撞擊影響將由地面望遠鏡和雷達來監測。^[12][11]

2017年6月，NASA批准從概念開發進入初步設計階段^[13]，2018年8月，NASA批准該項目開始最終設計和組裝階段。^[14]

2019年4月11日，NASA宣佈將使用獵鷹9號發射DART^[15]。原本計劃將DART作為商業發射的次要載荷，以保持低成本；然而，2018年11月的任務更新報告指出，該任務有一個專門的運載火箭。

科學家估計太陽系中有25,000個大型小行星，儘管到目前為止，已經探測到大約8000個；因此，美國太空總署認為，一旦有近地天體威脅到地球，必須制定一個有效的計劃^[16]。

任務簡介

DART軌道動畫示意圖
  DART ·   小行星65803雙生星 ·   地球 ·   太陽 ·   2001 CB21 ·   小行星3361

早期的規劃表明，DART計劃被部署到旨在避開月球高軌道離心率的高地球軌道。在這種情況下，DART將使用它的（低推力、高比衝）NEXT離子推進器（英語：NEXT (ion thruster)），慢慢地從高地球軌道逃離到一個略微傾斜的近地太陽軌道，從那裏它將移動到與目標碰撞的軌道。

DART是一個重達610公斤的撞擊器,^[17] 除了必要的星敏感器，太陽追蹤器以及一個20厘米大的相機（Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation – DRACO)外沒有任何科學載荷，DARCO是基於新視野號上的LORRI設計的，以保證其在撞擊雙生星前進行自主飛行。^{[來源請求]}

一個重達500公斤的DART以6.6 km/s（4.1 mi/s）的速度撞擊雙生星^[18][19][4] 可以給該衛星提供一個0.4 mm/s的△V。^{[20][10][21][22]} 撞擊目標點位於雙生星的中心，這會使其11.92小時的公轉週期縮短約10分鐘^[17] 這一微小的改變會隨着時間的推移被不斷放大，從而降低近地小行星撞擊地球的風險。^[23]

實際撞擊對小行星的飛行速度以及其軌道的影響有很大的不確定性，因為人們對由於撞擊拋射物帶來的反衝力缺乏了解。根據推測，撞擊給小行星帶來的動量將會是撞擊器本身的3-5倍，又通過精確測量以針對此類撞擊構建出更加精確的模型，這也是任務的一大目標^[24]這個雙小行星系統的軌道變化情況會在一周內得到初步的觀測結果^[25]更多細節性的資訊會在數年後有一個名為Hera的探測器進行測量。（該項目已於2019年11月獲批）^{[26] [27]}、

DART採用了一種名為NEXT（英語：NASA Evolutionary Xenon Thruster–Commercial）的光-電離子推進系統.^[12][28] 其所需的3.5千瓦的電力將由一塊面積為22平方米的太陽能板提供^[29]

探測器的太陽能板採用捲軸式設計（英語：Roll Out Solar Array，簡稱ROSA），這種設計以及在國際太空站上與2017年 Space-X CRS11任務期間完成驗證^[30]

DART是第一款採用新型高增益天線技術（英語：Spiral Radial Line Slot Array，簡稱RLSA）的探測器，這種天線工作於NASA深空網絡的X波段（7.2-8.4GHZ）。這種柔性天線的性能超出了此次任務的技術需求，同時該技術經過驗證，被認為達到了TRL-6標準（Technology Readiness Level）^[31]

子探測器

意大利太空總署將會參與到一個名為LICIACube的子探測器計劃中，這是一個將會被安裝在DART上的小型立方體探測器。LICIACube將會在撞擊前10日與主探測器DART分離，以便留出足夠的距離使得其在飛躍雙生星期間對撞擊產生的拋射物進行完整拍攝^[26][32]LICIACube將會直接和地球進行通信，以便在撞擊任務完成後回傳數據^[33]

後續任務

在這個合作任務中，ESA會負責Hera探測器的製造, 並與2024年啟程前往雙生星，並於2027年（DART撞擊後5年）抵達並開展更加深入的科學探測 ^{[34] [35] [34]} HERA還會搭載兩個小型立方探測器：Milani和Juventas。^[34]

目標小行星

該任務的目標是雙生星，這是一個雙小行星系統，其中一顆小行星被另一顆較小的衛星所環繞。主小行星（雙生星）的直徑約為780米（2,560呎）；其衛星雙衛一（英語：Dimorphos）的直徑約為160米（520呎），位於距主小行星約1 km（0.62 mi）的軌道上^[12]。DART將瞄準較小的衛星雙衛一。雙生星不是一顆越地小行星，重定向實驗將不會造成小行星與地球撞擊危險。^[21]

2022年9月26日晚，執行雙小行星改道測試任務的宇宙飛船成功撞擊了雙衛一。^[36]

媒體資料

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  DART 抵達迪迪莫斯
• 3D動畫 DART任務全過程
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  DART 撞擊任務規劃
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  任務流程
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  DART的離子推進器的3D渲染圖
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  探測器正在安裝太陽能板
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  DART的太陽能板
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  學者Nancy Chabot與Andy Rivkin正在與探測器合影
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  LICIACube子探測器正在被安裝到DART上
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  LICIACube子探測器正在被安裝到DART上
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  DART在范登堡太空軍基地
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  DART正在進行發射前的測試工作
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  DART正在被安裝到運載火箭的載荷支架上
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  DART正在被安裝到運載火箭的載荷支架上
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  DART在SapceX范登堡發射場4E發射台的載荷處理中心
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  DART正在加注燃料
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  獵鷹9運載火箭以及DART已經準備好執行發射前的準備工作（攝於當地時間2021年11月24日）
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  獵鷹9運載火箭以及DART已經準備好執行發射前的準備工作
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  器箭組合體正在進行轉運
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  器箭組合體正在進行轉運
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  Launch pad of DART
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  獵鷹9 - DART抵達發射台

參見

• 航天主題

• 避免小行星撞擊
• B612基金會
• 唐吉訶德小行星防衛任務
• RIM-161標準三型導彈

參考資料

1. Double Asteroid Redirection Test (DART). NASA. 2021-10-28 [2021-10-28]. （原始內容存檔於2021-11-22）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
2. DART Launch Moves to Secondary Window. NASA. 2021-11-24 [2021-11-24]. （原始內容存檔於2022-01-30）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
3. C19-009. NASA Awards Launch Services Contract for Asteroid Redirect Test Mission. NASA. 2019-04-12 [2019-04-12]. （原始內容存檔於2020-11-25）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
4. Andone, Dakin. NASA unveils plan to test asteroid defense technique. CNN. 2017-07-25 [2017-07-25]. （原始內容存檔於2022-01-16）.
5. 徐銳. 人类首次成功改变小行星轨道. 中國科學報. 2022-10-13. 第2版 國際 [2023-12-24]. （原始內容存檔於2023-12-24）.
6. 布魯斯威利閃邊，這才是拯救地球的方法. 網絡天文館. 臺北市立天文科學教育館. 2019-03-21 [2021-11-25]. （原始內容存檔於2021-11-25）.
7. Bardan, Roxana. NASA Confirms DART Mission Impact Changed Asteroid's Motion in Space. NASA. 2022-10-11 [2022-10-11]. （原始內容存檔於2022-12-27）.
8. Strickland, Ashley. The DART mission successfully changed the motion of an asteroid. CNN. 2022-10-11 [2022-10-11]. （原始內容存檔於2022-12-29） （英語）.
9. AIDA DART （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Home page at APL
10. Asteroid Impact & Deflection Assessment (AIDA) study. （原始內容存檔於2015年6月7日）.
11. DART （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） at Applied Physics Laboratory Johns Hopkins University
12. Planetary Defense: Double Asteroid Redirection Test (DART) Mission （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） NASA 2017 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
13. NASA plans to test asteroid deflection technique designed to prevent Earth impact G. Brown 4 July 2017. [2021-11-19]. （原始內容存檔於2022-02-25）.
14. Asteroid-deflection mission passes key development milestone （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 7 September 2018
15. Northon, Karen. NASA Awards Launch Services Contract for Asteroid Redirect Test. NASA. 2019-04-11 [2019-04-12]. （原始內容存檔於2022-01-08）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
16. NASA is planning an asteroid deflection test mission in case the unthinkable happens （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Science Alert 5 July 2017
17. Double Asteroid Redirection Test (DART). NASA. 2021-10-28 [2021-11-05]. （原始內容存檔於2021-11-22）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
18. DART: Home page at APL 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2018-05-10. DART Spacecraft APL 2017
19. Impactor Spacecraft. NASA. 2021 [2021-02-18]. （原始內容存檔於2022-01-16）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
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21. Michel, P.; Cheng, A.; Carnelli, I.; A. Rivkin, C.; Galvez, A.; Ulamec, S.; Reed, C. AIDA: Asteroid Impact and Deflection Assessment Mission Under Study at ESA and NASA (PDF). Observatoire de la Côte d'Azur. February 2015, 1829: 6008 [2015-03-29]. Bibcode:2015LPICo1829.6008M.^{[失效連結]}
22. Course corrector （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Adam Hadhazy Aerospace America October 2017
23. NASA Pushes Through With Asteroid Deflection Mission That Could One Day Save Earth （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） The Inquisitr 5 July 2017
24. Rivkin, Andrew S.; Chabot, Nancy L.; Stickle, Angela M.; Thomas, Cristina A.; Richardson, Derek C.; Barnouin, Olivier; Fahnestock, Eugene G.; Ernst, Carolyn M.; Cheng, Andrew F.; Chesley, Steven; Naidu, Shantanu. The Double Asteroid Redirection Test (DART): Planetary Defense Investigations and Requirements. The Planetary Science Journal. 2021-08-25, 2 (5): 173 [2021-11-26]. ISSN 2632-3338. doi:10.3847/PSJ/ac063e. （原始內容存檔於2021-11-25）.
25. DART: Asteroid - eoPortal Directory - Satellite Missions. directory.eoportal.org. [2021-11-24]. （原始內容存檔於2022-01-16）.
26. Asteroids have been hitting the Earth for billions of years. In 2022, we hit back. 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2018-10-31. Andy Rivkin, The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory September 27, 2018
27. Hera mission is approved as ESA receives biggest ever budget （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Kerry Hebden Room Space Journal 29 November 2019
28. Kantsiper, Brian. The Double Asteroid Redirection Test (DART) mission electric propulsion trade. 2017 IEEE Aerospace Conference. 2017: 1–7. ISBN 978-1-5090-1613-6. S2CID 43072949. doi:10.1109/AERO.2017.7943736.
29. Adams, Elena; Oshaughnessy, Daniel; Reinhart, Matthew; John, Jeremy; Congdon, Elizabeth; Gallagher, Daniel; Abel, Elisabeth; Atchison, Justin; Fletcher, Zachary; Chen, Michelle; Heistand, Christopher; Huang, Philip; Smith, Evan; Sibol, Deane; Bekker, Dmitriy; Carrelli, David. Double Asteroid Redirection Test: The Earth Strikes Back. 2019 IEEE Aerospace Conference. 2019: 1–11. ISBN 978-1-5386-6854-2. S2CID 195222414. doi:10.1109/AERO.2019.8742007.
30. Talbert, Tricia. Double Asteroid Redirection Test (DART) Mission. NASA. 2017-06-30 [2018-01-21]. （原始內容存檔於2022-03-28）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
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32. Kretschmar, Peter; Küppers, Michael. The CubeSat Revolution (PDF). ESA. 2018-12-20 [2019-01-24]. （原始內容存檔 (PDF)於2021-09-11）.
33. Cheng, Andy. DART Mission Update (PDF). ESA. 2018-11-15 [2019-01-14]. （原始內容存檔 (PDF)於2021-11-21）.
34. Bergin, Chris. Hera adds objectives to planetary defense test mission. NASASpaceflight.com. 2019-01-07 [2019-01-11]. （原始內容存檔於2022-01-24）.
35. The Juventas CubeSat in Support of ESA's Hera Mission to the Asteroid Didymos. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Hannah R. Goldberg, Özgür Karatekin, Birgit Ritter, Alain Herique, Paolo Tortora, Claudiu Prioroc, Borja Garcia Gutierrez, Paolo Martino, Ian Carnelli. 33rd Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites.
36. 快讯！美媒：美宇宙飞船成功撞击小行星. 環球網. [2022-09-27]. （原始內容存檔於2022-09-29）.