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欧亿怎么样_[天文航天]科学好故事如何建造一艘拯救地球的航天器?小行星欧空局NASA

TIME:2021-11-11

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  来源:WIRED

  撰文:丹尼尔·奥伯豪斯(Daniel Oberhaus)

  翻译:任天

  美国国家航空航天局(NASA)设计了第一个旨在保护地球免受致命小行星伤害的航天器,按照计划,该航天器将于明年发射。

  这个洗衣机大小的白色立方体将是我们拯救地球的最大希望,目前它的各个部分还放置在美国马里兰州的一间无尘室内,尚待组装。约翰·霍普金斯大学的应用物理学实验室是一个庞大的研发中心,此时此刻,这个航天器少了两个侧板,其离子驱动器还在进行清洁,它的主镜头则放在大厅的一台冰箱里。通常情况下,这个无菌室内会有许多身穿白大褂的技术人员,繁忙地进行与航天器有关的工作。但现在,大多数人都在玻璃的另一边,尝试让这个半成品立方体与美国另一边的一台巨大无线电天线建立联系。

这个洗衣机大小的白色立方体可能将是我们拯救地球的最大希望,目前它的各个部分还放置在美国马里兰州的一间无尘室内,尚待组装。

  明年夏天,加州的这台天线将成为该航天器与地球的主要连接节点。届时,该航天器将在太阳系内疾速飞行,完成NASA的首次航天器自杀式任务。这就是“双小行星重定向测试”(Double Asteroid Redirection Test,简称DART)任务,其目标是用一个立方体航天器撞击一颗较小的小行星,后者绕着一颗距离地球约1120万公里的更大的小行星旋转。没有人确切知道航天器撞击目标时会发生什么,我们只知道,这台航天器肯定会被摧毁。按照设想,它应该能够改变小行星的轨道,并足以被地球上的天线探测到,从而证明这种撞击可以将未来可能出现的危险小行星从地球轨道上推开。当然,这一切都还只是有一定根据的猜想,但这也正是NASA需要真的用航天器撞击小行星的原因。

  潜在的危险小行星

2003年11月23日、24日和26日拍摄的14张阿雷西博近地小行星(65803)迪迪莫斯及其小卫星的连续阿雷西博雷达图像。美国宇航局的行星雷达能力使科学家能够分辨出这些小星球表面的形状、凹坑和可能的大石头。光度光曲线数据表明,迪莫莫斯(Didymos)是一个双星系统,雷达图像清楚地显示了次体。

  天文学家已经发现,有大约16000颗直径在140到1000米之间的小行星潜伏在太阳系中。DART的目标是一个双小行星系统,“迪莫莫斯”(Dimorphos,希腊语中意为“有两种形式”)的直径较小,而它所环绕的小行星“迪迪莫斯”(Didymos,希腊语中“双胞胎”之意)则相对较大。如果这两颗小行星中的任何一颗撞上地球,都将造成区域性的死亡和破坏,影响超过历史上任何的自然灾害。太阳系中有1000多颗小行星的直径比这两颗小行星加起来都要大,如果其中任何一颗小行星撞击地球,都可能导致大规模灭绝和人类文明的崩溃。这种情况发生的几率非常低,但考虑到其后果,NASA和世界其他航天机构都需要做好准备,以防万一。

  好消息是,科学家们认为,如果能提前在足够远的距离上探测到这些致命小行星,我们就有可能使它们偏移方向。这并不能保证万无一失,因为小行星的运行规律难以捉摸,但多年来已经有许多研究者提出了应该如何行动的建议。可以说,最实际的想法是将小行星炸飞,或者进行撞击。但如果要让这些策略奏效,科学家就需要更好地了解小行星的反应,于是他们就建造了DART。这个深空航天器的主要任务就是牺牲自我,以证明撞击策略的可行性。

由光度光曲线和雷达数据得到的小行星迪莫莫斯Didymos系统的模拟图像。主体直径约780米,小卫星约160米。它们相距只有一公里多。初生体每2.26小时自转一次,而潮汐锁紧的小卫星每11.9小时围绕初生体旋转一次。近六分之一的已知近地小行星(NEA)是双星或多体系统。

  “每个人都知道撞击小行星是可能的,” 一位DART任务设计师说,“但在说到与实际做到之间还有一大步。在这个过程中你会学到很多东西。”

  安迪·里夫金是DART任务的两位首席研究员之一,但他对建造航天器来拯救世界这件事情却显得若无其事。“小行星撞击根本不会吓到我,”他说,“我们非常清楚这种事件在近期造成麻烦的概率。这项任务主要是为了未来那些最终可能有所需要的人们,我们想给他们提供实现的工具。”

  在典型的NASA任务中,处于里夫金这样职位的人将负责说服那些将使用航天器进行研究的科学家。但是DART的主要任务并不具有科学性。这是一次演示任务,旨在证明使小行星轨道偏移是可能的,并在任务中测试一些新的技术。

一般而言,航天器的工程师希望尽可能降低风险,这通常意味着他们更依赖那些已在太空得到证明的硬件,而不是尝试新技术。航天器还必须达到非常严格的重量要求,因此工程师们不能简单地装上一个额外组件,在主要任务期间进行测试。这使得DART的设计更加引人注目,因为它的许多关键技术将是第一次进入深空。而且由于DART的主要目标是撞击而不是收集科学数据,因此工程师们在重量方面有了更多的发挥空间,这也意味着它可以携带一些单纯只用于测试的技术。

  “当我加入这个项目时,我看到的第一件事是我们在用新技术做一棵圣诞树,我说,‘哦,我们不能这么做’,”DART任务首席工程师埃琳娜·亚当斯说,“只有在新任务的飞行中执行并演示之后,新技术才能成为真正的飞行程序。”在加入这个团队之前,埃琳娜·亚当斯参与了NASA的帕克太阳航天器和朱诺号木星航天器等任务。

  DART任务的实施过程

“双小行星重定向测试”(DART)任务的目标是用一个立方体航天器撞击一颗较小的小行星,后者绕着一颗距离地球约1120万公里的更大的小行星旋转

  DART的发射窗口将于2021年7月开启,在接下来的几十年里,它将赶在这颗小行星离地球最近——仅1120万公里——的时间之前实现目标。该航天器将由SpaceX公司的猎鹰9号火箭发射,并将花费一年多的时间以每小时10万公里的速度穿过太阳系。尽管地球上的任务控制人员可以在撞击前几分钟进行飞行干预,但航天器在设计上的原则是以最低限度的人工控制来完成任务。

  一旦与猎鹰9号分离,DART航天器就将展开它的太阳能电池板。太阳能电池嵌在一种柔性材料中,两侧的一对转盘会将其拉紧。与传统的刚性太阳能电池板相比,新的技术将使重量减少五分之一。“由于太阳能电池阵列非常轻,因此许多外行星任务就成为可能,”亚当斯说,“在太空中节省的每一公斤都意义重大。”

2017年6月,ROSA太阳能电池阵列在国际空间站上进行了测试。

  太阳能电池板的部署机制于2017年在国际空间站上进行了测试,但只有在航天器发射之后,它才会首次与真正的太阳能电池一起使用。一旦航天器的电源准备完成,它就会将太阳能板上的电力输送到一个离子驱动器。离子驱动器利用电能来使推进剂电离,使电子从气体中分离出来。带正电荷的气体被带负电荷的电场排斥,离子被抛出引擎,从而推动航天器前进。

  虽然离子驱动器不会产生太多的推力,但与依赖燃烧的火箭发动机相比,离子驱动效率极高。DART将使用12个小型常规化学推进器来修正它的路径和改变方向,同时还将测试NASA的改进型氙气推进器(NASA Evolutionary Xenon Thruster,简称NEXT)的商业版本。NEXT-C离子驱动器已经开发了近20年,但尚未在太空中进行测试。它的功率水平是NASA在深空任务中使用的其他离子推进器的3倍,效率是传统化学推进系统的10倍左右。

DART飞船的两个不同视角。DRACO(用于OpNav的Didymos侦察和小行星照相机)成像仪器基于新视野公司的洛里高分辨率成像仪。左视图还显示了径向线槽阵列(RLSA)天线与ROSAs(展开式太阳能阵列)卷起。右边的视图显示了NEXT-C离子发动机的清晰视图。

  然而,DART任务设计师表示,NEXT-C驱动器的真正潜力在于它在大范围功率水平之间的节流能力,因为大多数离子驱动器只能停留在一个狭窄的频段内。因此,DART不必携带多个推进器来执行不同阶段的任务,而是在接近太阳的时候能启动电力推进器进入高速状态,因为那里有大量的光子转换为电能;当远离太阳的时候,推进器就会节流并减速。

  NEXT-C仅用于DART的短期测试,是其主推进系统的有效备份。但重要的一点是,这项技术已经在实验室中进行了许多测试,是时候在太空中进行证明了。在航天器飞行期间,离子驱动器将只用于修正DART的航向,或者进行简短的演示,包括稍微改变航天器的轨迹,然后使其重新回到正轨。“一旦得到证明,这就将开启许多不同的任务,” 这位DART任务设计师说。“作为一项技术,这真的很令人兴奋。”

展开式太阳能电池阵列(ROSA)的DART航天器示意图。两边都在8.6米x 2.3米的范围内。

  太阳能电池板还将为DART的无线电天线提供能量,而该天线也将首次在太空中进行测试。这是一个圆形、扁平的天线,与其他航天器与地球交流的大型抛物面碟形天线相比,它更容易被运送到太空。它传回地球的所有数据都将由航天器的现场可编程门阵列(FPGAs)处理。与通用计算机不同,FPGAs是为了有效处理特定任务而特别设计的。这对DART来说至关重要,因为它必须进行大量的精确计算才能击中目标。

  当DART最终接近目标小行星时,它将通过相机传回大量图像,直到撞击前几秒钟。与此同时,另一台计算机必须处理这些图像,并将其发送到航天器定制的自主导航系统“智能导航”(Smart Nav)。DART的导航算法部分基于地球上引导导弹飞向目标的系统,但经过了修改,以引导航天器到达小行星的中心。亚当斯说:“Smart Nav是我们的关键技术,它确保了我们能够撞击小行星。”

由于DART的主要目标是撞击而不是收集科学数据,因此工程师们在重量方面有了更多的发挥空间,这也意味着它可以携带一些单纯只用于测试的技术

  在任务巡航阶段的大部分时间里,DART航天器实际上是盲目飞行。尽管它配备了一个恒星跟踪器,可以通过银河系恒星的位置确定自己在太阳系的位置,但需要在大约一个月后,它才能“看到”目标。即使如此,DART也无法看到“迪莫莫斯”,只能看到更大的“迪迪莫斯”,后者在它的视野中只有1个像素。直到航天器距离坠毁只有一个小时左右时,迪莫莫斯才会出现在视野中。

  “Draco将持续每秒向我们传送一次图像,”亚当斯说,“这有点像连续得到一段非常无聊且只有1个像素的视频。这真是难以置信,因为你必须放大屏幕才能看到它,到了那时,导航系统就将开始指向它并锁定它。”这里所说的“Draco”,其实是DART航天器搭载的相机。

DART任务示意图显示了小行星迪莫莫斯对它的小卫星的撞击。来自地球光学望远镜和行星雷达的撞击后观测结果,反过来,将测量小卫星围绕母体的轨道变化。来源:美国宇航局/约翰霍普金斯应用物理实验室

  到了这一节点,地球上的任务控制人员无论做任何重大的纠正动作都太迟了。这次任务的成功将取决于航天器的Smart Nav算法的能力——将这颗小行星保持在视场中心,并引导航天器到达目标。DART团队花费了数小时,模拟航天器的接近方式,并教会算法如何在几乎看不见小行星的情况下识别并聚焦。这可能是一种极其乏味的消磨时间的方式,但绝对是任务成功的关键。只有航天器知道如何识别其目标,它才不会将镜头上的一粒灰尘误认为小行星,或者瞄准另一颗主小行星而不是它的卫星。

  建造一台满足该任务严格要求的相机并不容易。Draco首先是一个导航工具,这意味着它的图像必须非常精确。问题在于,光学器件对温度的变化非常敏感。Draco的系统工程师表示,当温度降低的时候,一切都在移动。即使是Draco光学设备上最小的变化,比如主相机和副相机之间出现仅1微米的变化,也会使相机完全失焦,导致DART“失明”。因此,这台相机的光学器件使用了一种特殊的玻璃来抵抗温度畸变。这非常独特,因为此类玻璃是不会在地面上使用的。

  一旦Draco完全组装好,系统工程师团队将花费数周时间对该相机进行繁琐的微调,为发射做好准备。他们将使用一种极其精确的激光系统——干涉仪——来测量Draco光学系统的亚微米畸变,届时它将被放置在一个隔室内,模拟它在真空中遭遇的寒冷温度。Draco相机必须调整到最佳状态,才能探测到数百万公里之外微弱的双小行星系统。此外,Draco也需要将太空岩石的清晰图像传回地球。为了能看到小行星上不太明亮的区域,地面就需要尽可能多地获得信号。相机必须能够处理大范围的动态环境,而这是一个更大的挑战,因为DART团队中没有人能完全确定航天器到达时将会遇到什么情况。

  如何锁定目标?

迪迪莫斯到底有多大

  DART任务最独特的方面之一,是其架构师对目标知之甚少。“迪迪莫斯”于1996年被发现,天文学家们怀疑它可能有一颗卫星,但直到2003年他们才确认了这颗卫星的存在。Didymos直径约为780米,这使它的卫星“迪莫莫斯”相形见绌,后者的大小仅相当于一个职业体育场。“迪莫莫斯”太过黯淡,无法用地面上的望远镜直接观测到,“迪迪莫斯”在大部分时间也是如此。事实上,当“迪迪莫斯”在明年与地球的距离足够近时,天文学家将重新开始观测,即使那个时候,这颗小行星也会比你在黑夜中肉眼所能看到的最暗的恒星暗10万倍。

  我们对这两颗小行星的有限了解,还要归功于地面光学望远镜和射电望远镜的观测。事实上,天文学家能判断“迪迪莫斯”拥有卫星的唯一依据是,它的亮度会定期变暗,这意味着有一个物体在它的轨道上运行。“我们对迪迪莫斯系统的大部分了解来自于2003年的观测,”负责DART观测工作组的天文学家说,“迪迪莫斯系统大约每两年有一个观察窗口,当DART的想法成形时,我们就开始定期观察迪迪莫斯。”

  DART的起源可追溯至“堂吉诃德”(Don Quijote)计划,这是欧洲空间局在21世纪初提出的一个小行星撞击器计划。当时的想法是发射两台航天器,一台去撞击一颗小行星,另一台则进行观察,了解撞击如何改变小行星环绕太阳运行的轨道。欧空局官员最终认为这项任务的成本太高,取消了这个计划。但几年后,美国国家学院发布了一份报告,强烈建议进行一次撞击任务。问题是如何降低这项任务的成本。

  安迪·程是约翰霍普金斯大学应用物理学实验室的首席科学家,也是DART任务的主要研究员之一。在美国国家学院的报告发表后不久的一天早上,正在工作的他突然想到了一种可以廉价撞击小行星的方法。“我想到,我们应该在一个双小行星系统上进行这个实验,这样你就不需要第二个航天器来测量偏转了,”他说,“你可以在地球上用陆基望远镜进行观测。”

  接下来要做的就是寻找一个目标。漂浮在地球周围的双小行星并不多,而且只有少数几颗离地球足够近,当航天器撞上它们时,能被地面的望远镜观测到。体积足够小,使航天器可以使其轨道产生明显变化的小行星就更少了。当安迪·程和他的团队排除了许多可能目标后,只有两个可行的选择,其中一个就是“迪迪莫斯”。“这是目前为止最好的选择,”安迪·程说道。于是,他和一个小型团队组织了一个提案,并在2011年底向NASA提出了这个想法。没过多久,NASA就采取了行动。到2012年,DART正式成为书面计划。

  在“迪迪莫斯”被选为目标之后,天文学家就开始观察这一每两年出现一次的小行星系统。“我们意识到,在彻底改变它之前,我们需要尽可能地在撞击前了解这个系统,”里夫金说道。2003年,天文学家通过可见光的光变曲线分析,第一次确认了这个双小行星系统,而自2015年以来,科学家一直努力在地球上对该系统进行观测,每两年进行一次开展的观测活动。

  根据之前的观察,天文学家已经了解到“迪莫莫斯”的宽度约150米,每12小时绕“迪迪莫斯”轨道运行一次。但除此之外,关于这个撞击目标的一切仍是一个谜。在这颗小行星成为DART的目标之前,我们并没有太多理由去关注它,因为它不会对地球造成很大的威胁——至少在可预见的未来不会。“我们根本不知道迪莫莫斯是什么样子,”亚当斯说,“我们只看到了迪迪莫斯。”

  模拟与保障

  那么,在不知道一颗小行星是什么模样的情况下,你会如何计划一项撞击它的任务?答案是:进行大量的模拟。在DART团队看来,发射前模拟的最重要未知因素是“迪莫莫斯”的形状及其组成,因为这些都是决定航天器撞击将如何影响其轨道的重要因素。例如,一颗形状像骨头的小行星与一颗球形的小行星肯定会有不同的反应,而且航天器也更难识别并击中它的确切中心。有证据表明,许多小行星并不是“铁板一块”的,而是由许多单块岩石的以引力聚集在一起,组成一个巨大的碎石堆。这些岩石的大小和分布将决定DART撞击的效果,因为靠近撞击地点的岩石将被抛向太空,而当它们推离小行星时,会进一步增加小行星轨道的变化。

  对诸多可能形状进行建模将帮助DART自主决定它应该撞向表面的哪个位置。通过模拟小行星不同形状和组成的影响,科学家们可以将模拟结果与碰撞的实际数据进行比较。DART团队一直在与劳伦斯利弗莫尔国家实验室的行星防御小组合作,利用该实验室的两台超级计算机模拟可能的撞击场景。对于国家实验室来说,这样的场景并不稀奇,因为他们还模拟过如何用核武器炸毁小行星。通过研究碎片从小行星上抛射出来的方式,科学家可以更好地了解小行星由什么组成,以及这种成分会如何影响轨道变化。如果我们需要进行真正的行星防御任务,那么准确地预测小行星对撞击的反应将至关重要。

通常情况下,这个无菌室内会有许多身穿白大褂的技术人员,繁忙地进行与航天器有关的工作。但现在,大多数人都在玻璃的另一边,尝试让这个半成品立方体与美国另一边的一台巨大天线建立联系

  撞击数据将由DART唯一的有效载荷——一颗名为“LICIACube”收集的意大利立方体卫星——收集。LICIACube并不是专门设计用来让航天器到达目标的,也不是用来将数据传递回地球。它将在DART撞击小行星前几分钟弹射出去,并在不久之后飞过这颗小行星,拍摄撞击后的图片。这些图片将有助于地球上的科学家验证他们的模型。在这颗立方体卫星拍摄图片时,它离小行星其实相当遥远,因此图像不会非常精细。但总比什么都没有强,2016年欧洲空间局退出这项任务后,NASA几乎就是这么想的。

  尽管DART最初被认为是一个独立的NASA项目,但安迪·程和该任务的架构师们很快就与欧洲空间局建立了伙伴关系,开展了一项名为“小行星撞击和偏转评估”(Asteroid Impact and Deflection Assessment)的联合任务。欧空局的计划是建造一个名为“AIM”的航天器,在DART之前发射,并在撞击器到达前几个月对小行星进行探测。当DART撞向小行星表面时,AIM就会在附近观察整个过程。

  尽管许多欧空局成员国对AIM任务表达了强烈支持,但在2016年,由于这些国家没有投票给予该项目继续运行所需的资金,项目陷入僵局。“NASA和ESA的合作任务有很长的历史,由于各种原因,当有一方不能完成他们的部分时,整个事情就会分崩离析,”安迪·程说,“我们建议让这两个任务保持独立,这样如果一个任务不能实现,另一个任务也值得去做。”事实证明,这是一个明智的选择。

  到了2018年,DART任务似乎不得不独自前行。随后,意大利航天局找到NASA,提议将他们开发的一颗立方体卫星送上月球。NASA官员接受了这个提议,并将LICIACube加入了任务。不久之后,欧空局推出了“赫拉”(Hera)小行星防御任务,作为AIM的后续行动。这个任务的概念是发射一个小型航天器,连同两个小型立方体卫星,进入“迪迪莫斯”系统的轨道,观察DART任务的效果。尽管欧空局的新航天器不会在主要事件中出现,并且要到2024年才能准备好发射,但当它到达时,将能够绘制DART任务完成后的撞击坑地图,并对“迪莫莫斯”进行详细测量,以了解撞击造成的实际影响。

  在任务期间,地球上的一个天文望远镜网络也将密切注视这个双小行星系统。这些望远镜将在DART到达目标的几个月前开始观测活动,而这些观测对于在航天器到达前几个月确定“迪莫莫斯”的位置至关重要。研究小组最不希望看到的是“迪莫莫斯”在航天器接近时出现在“迪迪莫斯”的错误一侧,从而导致航天器撞向更大的小行星。当DART距离足够近,可以自行确定“迪莫莫斯”的轨道时,要“轻踩刹车”调整时间就为时已晚了。发射前的最后一次观测活动将于今年春天开始,这将足以精确地确定“迪莫莫斯”的轨道,确保其在正确的时间出现在正确的地点。

  天文学家表示,如果真的有这种机会能通过地面望远镜甚至有可能在地球上观测到撞击,它很可能看起来只是一个短暂的闪光, “但这将非常令人兴奋。”

  当然,即使望远镜没有捕捉到碰撞的闪光,它们在观察碰撞后的余波方面仍将发挥重要作用。毕竟,这次任务的全部意义在于确定航天器如何通过撞击小行星来改变其轨道。“迪莫莫斯”环绕“迪迪莫斯”的运行周期约为12小时,而DART的撞击只会持续10分钟。但是在天文学家团队看来,这对于研究小行星卫星绕其主小行星旋转时的亮度变化已经足够了。与来自LICIACube的图像一样,从这些望远镜收集到的数据将帮助科学家完善小行星撞击的模型,直到“赫拉”任务收集到更多的数据。对研究团队来说,重要的是尽可能多地收集撞击后的数据,因为这是该双小行星系统在未来40年内最接近地球的一次。

  做好应对极低概率的准备

  NASA领导着DART任务,但是行星防御事业在本质上是一项全球性的努力。2016年,NASA在华盛顿特区总部成立了行星防御协调办公室,与世界各航天机构的姐妹项目合作。到目前为止,行星防御的大部分工作都是与世界各地的天文台合作,追踪有潜在危险的小行星并绘制它们的轨迹。人们热衷于搜寻小行星的原因是:你越早发现一些东西,你就有越多的时间去做一些事情。

  20世纪80年代末,在一颗足以终结人类文明的小行星相对较近地掠过地球之后,美国国会要求NASA弄清小行星究竟会对地球生命构成多大的威胁。在向国会提交的官方报告中,NASA描绘了一幅可怕的图景,并提出了拨款解决这一问题的充分理由,首先就是采取全面行动,确定太阳系中所有潜在致命小行星的位置。报告指出:“尽管地球每年被大型小行星或彗星撞击的可能性极小,但这种撞击的后果是灾难性的,因此我们必须谨慎评估这种威胁的性质,并做好应对准备。”

天文学家已经发现,有大约16000颗直径在140到1000米之间的小行星潜伏在太阳系中

  两年后,美国国会指示NASA找到太阳系中90%的直径大于1公里的小行星;如果其中有一颗撞到地球,几乎肯定会导致大规模灭绝。1998年,NASA正式开始了搜寻工作,并在2010年完成了目标。但是,那些直径远小于1公里的小行星在一定区域范围内也可能是灾难性的。因此,在2005年,国会扩大了NASA的权限,并要求该机构在2020年底之前找到90%的直径超过140米的小行星。

  尽管如此,即使NASA达到了这个目标,剩下的10%也包含了数百颗未知的小行星。而且,找到潜伏在太阳系中的致命小行星只是成功的一半。尽管NASA已经确认了其中的许多星体,但要弄清它们的运行轨道仍需数年时间。因此,太阳系中不仅存在许多我们不知道的大型小行星,即使是那些我们已知的小行星,在准确预测它们的轨道之前,也可能构成威胁。

  在小行星紧急事件真正发生时,DART这样的航天器能否拯救世界便取决于一个关键的因素——探测到小行星的时间可以有多早。这一点很重要,原因如下。首先,我们需要大量的时间准备一个航天器的发射。DART航天器从概念到基本建成花了将近10年的时间。不过如果有一颗足以摧毁大片地区的小行星向地球飞来,那么这段时间也可以缩短。如果你想保卫地球,那可能就不会使用这么多新技术,现在我们已经学到了很多东西,下次人类可以做得更快。

  另一个因素与航天器能实际改变小行星轨道的程度有关。就小行星而言,“迪莫莫斯”并没有多大,但DART的体积也很小。即使以每秒6.5公里的速度撞击小行星,也几乎无法使小行星移动;它的轨道会以每秒不到一毫米的速度改变。这取决于你有多少预警时间,可能足够,也可能不够,对于行星防御来说,时间就是一切。

  在明年夏天发射之前,约翰霍普金斯大学应用物理学实验室的团队还有很多工作要做。在团队验证DART能够与NASA的深空网络相互发送并接收数据后,下一步就是使用航天器和计算机模拟进行发射序列的全面演练。演练的内容包括给航天器的电池充电,从而为发射做准备,以及在太阳能板展开时对其进行监控。

  任务团队的目标是在航天器接受环境测试之前获得其性能的基线数据。这里说的环境测试,也就是航天器工程师所说的“摇晃与烘烤”。DART团队将在一个大型振动平台上,以每秒3000次的频率摇动航天器,以模拟发射时的压力;航天器还将在一个模拟空间真空的隔室中不断转动,经受一系列极端温度的考验。通过测试后,DART团队将进行另一次演练,以确保航天器上的一切仍能正常工作。如果一切顺利,航天器将于明年5月运送到加利福尼亚州的范登堡空军基地,在那里进行最后的检查,然后由SpaceX公司的技术人员将其装载到火箭上,等待发射。

  对于航天器工程师,与自己创造的航天器产生感情是很正常的;毕竟,他们往往会为在一个项目上花费数年的时间,有些人还会再花数年的时间研究它传回的数据。但是在DART团队中,每个人似乎都热衷于摧毁他们打造的机器。“每当有东西被砸得粉碎或炸毁时,我总觉得很兴奋,”安迪·程说道。Draco的系统工程师表示赞同。“我做过一些噩梦,梦见航天器到达小行星时仍然完好无损,”他说,“这是彻底的失败。我已经迫不及待想要看到它被毁掉了。”

  值得注意的是,在新冠肺炎疫情大流行期间,DART团队依旧成功地保持了发射计划。亚当斯表示,团队成员很快找到了变通办法。那些需要在现场制造航天器硬件的人转为小组轮班工作,而团队其他成员则远程协作进行模拟。今年冬季和明年春季的情况会变得有些棘手,因为整个团队都需要到现场进行模拟,不过团队已经开始计划在社交距离规定下进行工作。

  小行星撞击地球的风险很低,而且感觉上相当抽象——除非它真正发生。重要的是,即使面对极低的概率,我们也要知道如何迅速并果断地做出反应。这就是DART任务的意义所在。“经历了新冠疫情,经历了这一切之后,我们不会停下脚步,”亚当斯说,“我们有一个目标,并终将会实现它。”