NASA明年将进行“自杀任务”，证明我们能阻止下一次小行星撞地球

80 年代末，一个可能毁灭人类文明的小行星与我们擦肩而过。美国国家航空航天局（NASA）其后的官方报告显示，小行星撞击地球事件一旦真正发生，后果将无法挽回。30 年后的今天，人类手中终于有了应对的策略。

　图片来源：ED WHITMAN/NASA/JOHNS HOPKINS APL

　　美国马里兰州，干净的实验室里散落着一堆白色立方体配件。这个还未建造完成的装置，可能是我们对抗“小行星杀手”的最后希望。该装置由约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室开发，目前，研究者们正在尝试让这个“方块”与美国另一端的射电望远镜对话。

　　明年夏天，NASA 将派遣这个白色方块执行史上第一个航天器“自杀任务”。此次行动被称作“双小行星系统重定向测试”（Double Asteroid Redirection Test，DART），旨在验证人类能否保护地球不遭受小行星的撞击。在这次行动中，方块将在离地球 7 百万英里（1120 万千米）的地方撞击一个冲向地球的小行星，在理想的情况下，这次撞击将把小行星推离原运行轨道，从而证明人类具有保卫地球的能力。

　　保卫地球的航天器

　　1987 年，地球曾经与一个直径 0.5 英里（约为 804 米）的小行星以不到 100 万英里（160 万千米）的距离擦肩而过。当时在 NASA 工作的 Bevan French 表示，这个小行星撞击地球的其威力将与 2 万个 100 万吨级氢弹相当（百万吨级指该氢弹的爆发威力与 100 万吨 TNT 的爆发威力相当）。这次事件过后，国会要求 NASA 调查宇宙中游荡的小行星能够对地球上的生命造成多大程度的威胁。调查报告结果显示，“尽管地球被规模较大的小行星或彗星撞击的几率并不高，但撞击事件一旦发生，将对地球产生不可挽回的影响。”

　图片来源：Pixabay

　　时至今日，天文学家已经在太阳系中观测到超过 1.6 万个直径范围在 140-1000 米之间的小行星。如果处在这个范围区间内的任意一个小行星撞击地球，都将带来人类文明的消亡和大规模的物种灭绝。科学家们认为，尽管情况并不乐观，但人类凭借自身的力量或许还能获得一线生机——如果能够及时侦查出可能毁灭地球的杀手小行星，我们就能够提前发射“自杀”航天器，通过撞击小行星的方式改变它的运行轨道。

　　这个听起来像是科幻电影情节的策略或许是可行的，但我们需要一个测试来验证它的成效。DART 的项目设计师 Justin Atchison 表示：“所有人都知道我们可以击中一颗小行星。但在理论与实际之间，我们还有很长的一段路要走。”要走完这段路， 我们需要给 DART 寻找一个合适的测试对象。

　　刺杀小行星

　　在设计 DART 的前身 Don Quijote 时，这项小行星刺杀任务本需要两架航天器合作完成：一个负责撞击，而另外一个负责观测。这个方案最终因为成本过于高昂而被欧洲太空总署（ESA）否决，其后，项目被搁置了近十年。

　　奇迹的发生往往只需要一个顿悟时刻。如今的 DART 项目的首席负责人之一 Andy Cheng 在晨起锻炼的时候灵光一现：假如撞击的对象是双小行星系统，我们就可以通过观测相对位置来计算被撞小行星的轨道偏离程度。这意味着我们能够用地面望远镜取代负责观测的航天器，从而降低任务的运行成本。

　　方法确定了，想找到一个趁手的练习对象却没有那么简单。首先，宇宙中游荡的双小行星系统并不如我们想象的多，处在地球可观测范围内的系统就更少了。此外，我们的目标还需要满足一个要求：要想让航天器明显改变小行星运行轨道，这个系统的规模要足够小。通过上述条件的筛选，Andy Cheng 的团队最终选定迪迪莫斯（Didymos）双小行星系统中的卫星迪莫弗斯（Dimorphos），并在 2011 年向 NASA 提交了计划。

迪迪莫斯系统模拟图像。图片来源：Naidu et al。， AIDA Workshop， 2016

　　迪迪莫斯（Didymos）系统由直径不到 1 千米的小行星迪迪莫斯及其直径 160 米的卫星迪莫弗斯（Dimorphos）组成。根据过去的观测结果，我们还知道迪莫弗斯以每圈 12 个小时的速度绕迪迪莫斯运转。这就是我们对于刺杀目标所掌握的全部信息了。“我们根本不知道迪莫弗斯长什么样，” DART 的首席设计工程师 Elena Adams 表示，“我们只见过迪迪莫斯。”

　　驶向未知的星系

　　该怎么撞击一个你见都没见过的小行星呢？要知道，小行星的形状、构成成分等重要信息对我们能否成功完成任务起到至关重要的作用。举个例子，狗骨头形状小行星的“刺杀”难度要比球形的高得多——航天器很难碰上它，更别说击中小行星的中心了。不过，现代科学给了我们“盲人摸象”的底气。DART 上装置了决策系统，能在看见迪迪莫斯时自行判断撞击方向。

　　这个决策系统由相机 Draco 和智能导航系统 Smart Nav 组成。在飞向目标约莫一年的旅途中， DART 航天器在大半的时间里都只能模糊地看见迪迪莫斯系统。直到碰撞开始的前一个小时，我们才有机会一睹目标迪莫弗斯的真容。在这一个小时中，地面上的科学家将不再做出调整措施，DART 只能依靠自己的“大脑”做决定。因此，它的视力必须清晰，导航必须精确。搭载相机 Draco 不仅必须需要达到极高的精准度，还需对太空的低温有极高的耐受度。常用的光学器件对于低温极其敏感，因此研究人员们研制出了能抵抗低温带来扭曲效应的新材料。此外，在发射前，研究人员还需要通过无数次的模拟，帮助 DART 在“看见”迪莫弗斯时快速地做出决策。

　图片来源：ED WHITMAN/NASA/JOHNS HOPKINS APL

      DART 项目中的技术革新还不止于此。这个航天器还将首次测试两种装置在太空飞行中的表现——与太阳能电池结合的太阳能帆板系统，及以氙气作为推进剂的离子喷射发动机（NEXT-C）。

　　DART 预计 2021 年 7 月发射，该航天器将在 SpaceX 猎鹰 9 号运载火箭的助推下以驶过太阳系。经过一年左右的飞行，它将抵达目标迪迪莫斯系统，以大约 6.6 km/s 的速度撞击迪莫弗斯。新冠疫情几乎没有对 DART 项目进度造成影响，这除了团队间的高效配合外，还来自于团队的信念。小行星撞击地球的危机就如同流行疾病的危机一样抽象，在它真正发生之前，所有人都认为这不过是一个科幻故事。“不管是 Covid-19，还是任何其他的灾难，无论世界将要发生什么，我们都不会停下。” Adams 说道。