首页 > 研发 美国双小行星重定向测试（DART）任务解析 军工资源网 2022年04月12日 前 言2021年11月23日，美国国家航空航天局(NASA)的双小行星重定向测试(DART)航天器搭乘SpaceX公司猎鹰9号火箭，从加利福尼亚州的范登堡太空基地4号发射场成功发射。这是NASA开展的首次行星防御技术测试任务，旨在通过动能撞击改变小行星轨道。1、任务背景最初，NASA和欧空局(ESA)各自有独自的小行星偏转计划。不过在2015年，NASA和ESA达成了协议，决定联合实施“小行星撞击和偏转评估”(AIDA)任务。AIDA任务分为两部分，包括NASA负责的DART任务以及ESA负责的“小行星撞击任务”(AIM)任务(该任务后来改为规摸更小的“赫拉”任务)。AIDA任务图DART任务由NASA行星防御协调办公室(PDCO)资助并负责监管，由约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)领导研制航天器，其他合作机构和公司包括喷气推进实验室(JPL)、戈达德太空飞行中心(GSFC)、约翰逊航天中心(JSC)、格伦研究中心(GRC)、兰利研究中心(LaRC)、SpaceX公司、航空喷气洛克达因(Aerojet Rocketdyne)公司、洛厄尔天文台等。2、任务进展2017年6月，NASA批准DART从概念开发阶段转入初步设计阶段。2018年8月，DART任务进入最终设计和装配阶段。2019年4月，NASA宣布将使用SpaceX公司的猎鹰9号运载火箭发射DART航天器。2021年11月，DART航天器成功发射。封装前的DART航天器3、任务目标DART任务的验证目标是“迪蒂莫斯”(Didymos)双星系统，其主星(Didymos)直径约780m、2.26h自转一次，次星(Dimorphos)直径约160m、11.9h绕主星公转一次，两星间距略大于1km。通过地基望远镜观测“迪蒂莫斯”双星系统亮度的变化规律，可以确定Dimorphos的运行轨道。在撞击后用同样的方法可以观测Dimorphos轨道的变化。DART航天器预计将在2022年9月26日至10月1日之间进行拦截，此时“迪蒂莫斯”双星系统距离地球不到1100万公里，从而可以实现最高质量的观测。DART航天器将借助“侦察和小行星光学导航相机”(DRACO)和自主导航软件，以6.6km/s的速度撞向Didymos双星系统中的Dimorphos。碰撞将使Dimorphos在其围绕Didymos的轨道上的速度改变百分之一,从而使小卫星的轨道周期改变几分钟。DART任务轨道示意图4、航天器DART航天器采用低成本设计，航天器尺寸为1.8×1.9×2.6m，发射质量约610kg，执行撞击任务时质量约为550kg。DART航天器发射时携带约50kg肼推进剂和60kg氙气。DART航天器的两种视图DART航天器主要载荷为“侦察和小行星光学导航相机”(DRACO)，其设计来源于约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)开发的远程侦察成像仪(LORRI)。DRACO相机采用窄角镜头，孔径为208mm，视场角为0.29°，具有CMOS探测器和板载图像处理器，支持SMART Nav自主导航算法。DRACO相机DART航天器推进系统采用NASA格伦研究中心开发的NEXT-C离子推进器，该推进器由美国航空喷气洛克达因公司进行飞行硬件设计和制造。NEXT-C离子推进器在工作时最高可将氙气推进剂加速到40km/s，推进器功率为6.9kW(可节流到0.5kW)，推力为25～236mN，比冲为1400～4200s，总冲量为17MN·s。NEXT-C离子推进器，时长02:44DART航天器推进系统(NEXT-C)DART航天器电力系统采用两个美国Redwire公司下属Deployable Space Systems公司开发的展开式太阳能电池阵列(ROSA)，单个展开尺寸为8.6m×2.3m，在任务之初可以提供超过6.6kW的电力。ROSA采用更加灵活且可卷曲的模块化阵列，比传统太阳能电池阵列更轻、更紧凑、更坚固。ROSA于2017年在国际空间站上成功测试，并于2021年6月安装了更新版本。(左)DART航天器的ROSA阵列;(右)国际空间站上的ROSA阵列DART航天器通信系统采用X频段,包括2个半球状低增益天线和1个“径向线槽天线”(RLSA)。RLSA是一种缝隙阵列天线，具有低成本、高增益的特点。“径向线槽天线”(RLSA)DART任务还携带了意大利航天局(ASI)提供的LICIACube立方体卫星，用于捕获DART航天器撞击Dimorphos的图像、撞击产生的喷射云以及撞击坑。LICIACube立方星基于意大利Argotec公司开发的6U卫星平台，星上携带了窄视场全色相机(LEIA)和宽视场RGB相机(LUKE)。LICIACube立方星将在DART航天器撞击Dimorphos前大约十天部署。LICIACube立方体卫星小结：早在2005年，NASA就实施了首次彗星撞击偏转任务——深度撞击(Deep Impact)，成功使目标彗星在3年后偏转了10km。随着DART任务的实施，NASA在提升近地天体动能撞击防御技术的同时开发了先进光学导航技术，验证了新型展开式太阳能电池阵列以及新型离子推进器，保持了在近地天体防御领域的话语权。
