強大的離子推進器將執行NASA的DART任務

2020-12-24 中國科學技術館

圖片來源：NASA

儘管人類當前正在與新型冠狀病毒作鬥爭，儘管它佔據了我們的大部分注意力，但其他威脅仍然存在。未來可能發生的小行星撞擊地球的威脅目前還處於次要地位，但它仍然存在。

儘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，它具有終結人類的潛力。美國國家航天局（NASA）和歐空局（ESA）等機構仍在制定計劃，以保護我們免受這種威脅。  

NASA的DART（雙小行星重定向測試）任務計劃於2021年7月22日發射。這是一項示範性任務，旨在研究利用動能撞擊使小行星偏轉的過程。它將前往名為Didymos（或65803 Didymos）的雙小行星系統。這個雙小行星系統不會對地球構成威脅。

該雙星系統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Didymos需要飛過很多區域。在2021年7月發射後，它將於9月22日達到目標小行星，屆時這個雙星系統將距離地球不到1100萬公裡（680萬英裡）。為了抵達這一雙星系統，DART將依靠功能強大的離子推進器，稱為NASA的進化氙推進器（NEXT-C）。

基於觀測數據的雙小行星Didymos模擬圖像。 （圖片來源：Naidu et al., AIDA Workshop，2016）

發動機由兩個主要部件組成：推進器和動力處理單元（PPU）。NEXT-C正在為這次任務做準備，包括性能和環境方面的一系列測試。該推進器經過振動、熱真空和性能測試後，與PPU集成。它還經受了模擬的太空飛行條件：發射過程中的極端振動以及太空中的極端寒冷。

NEXT-C是一款強大的推進器。離子推進器不同於火箭，火箭需要巨大的推力才能將東西從地球的引力中拉起。但是就離子推進而言，它是一個非常強大的單元。它比NASA的DAWN和「深空一號」太空飛行器上的NSTAR離子推進器更強大。

NEXT可以產生6.9kW推力功率和236mN推力。在所有離子發動機中，該發動機產生的總衝量最高，達到了17MN·s。以衡量推進劑使用效率的指標「比衝量」來比較，NSTAR的比衝量為3120秒，而NEXT的比衝量達到了4190秒。

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

離子推進器不像火箭那樣燃燒燃料，儘管它們確實使用推進劑。像NEXT-C所使用的一樣，推進劑通常是氙氣。NEXT-C離子發動機是雙柵極系統。

氙氣被送入腔室，在腔室中遇到第一個或上遊柵網電極。太陽能電池板提供電能，第一個柵網電極帶正電。當氙離子通過上遊柵網電極時，它們會帶正電。這將它們吸引到第二個或加速柵網電極，該電極帶負電。這就將它們推動出發動機，提供推力。推力等於上游離子與加速柵網電極之間的力。

當DART到達Didymos雙小行星系統時，它將有一些同伴。義大利航天局為此次任務提供了LICIA（用於對小行星成像的義大利輕型立方體衛星）。LICIA是6個立方體衛星，在與Didymos B發生碰撞之前，它將與DART分離。它將捕捉撞擊過程以及撞擊後噴射出的碎片圖像，並將其傳回地球。

NASA進化氙推進器正在真空室內進行測試。 （圖片來源：NASA）

這次撞擊預計將使Didymos B的軌道速度改變約0.5mm/s。這將極大地改變它的旋轉周期，使得地面望遠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約20m寬的隕石坑。

雖然DART在撞擊時將被摧毀，但ESA正在計劃後續任務。它被稱為Hera，計劃於2024年發射，並於2027年到達。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和小行星內部信息。

作者：Evan Gough

翻譯：周琪

審校：戴晨

引進來源：今日宇宙

引進連結：http://phys.org/news/2020-03-powerful-ion-nasa-dart-mission.html

 

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