位于馬里蘭州勞雷爾的約翰霍普金斯應(yīng)用物理實驗室（APL）為NASA設(shè)計并領(lǐng)導(dǎo)這項雄心勃勃的任務(wù)。然而，與許多任務(wù)一樣，這項工作需要NASA各中心的專業(yè)知識。在該機構(gòu)位于加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室（JPL）的情況下，這些專業(yè)知識用于導(dǎo)航、小行星科學(xué)、目標(biāo)的精確定位，以及地球到航天器的通信。

“像我們與APL的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系是先進空間任務(wù)發(fā)展的命脈，”JPL主任Laurie Leshin說。“我們與APL合作的歷史可以追溯到旅行者號，并延伸到未來，如 Europa Clipper任務(wù)。我們一起做的工作使我們所有人--以及我們的任務(wù)--變得更好。我們很自豪能夠支持DART任務(wù)和團隊。”

(資料圖)

DART航天器于2021年11月23日發(fā)射，大約1320磅（約600公斤），當(dāng)它撞擊直徑僅為525英尺（160米）的Dimorphos時，將位于距離地球680萬英里（約1100萬公里）的地方。更具挑戰(zhàn)性的是，航天器將以每秒約4英里（6.1公里）的速度接近這塊太空巖石，也就是每小時約14000英里（22530公里）。Dimorphos每隔11.9小時繞著直徑約為半英里（780米）的Didymos運行一次。

JPL的導(dǎo)航部門在使航天器準(zhǔn)確到達遙遠(yuǎn)的地點方面相當(dāng)有經(jīng)驗（例如：卡西尼號到土星，朱諾號到木星，毅力號到火星）。每個任務(wù)都會帶來其獨特的挑戰(zhàn)，而DART就有很多。

“這是一項困難的工作，”JPL的Julie Bellerose說，她領(lǐng)導(dǎo)DART航天器的導(dǎo)航團隊。“導(dǎo)航團隊工作的很大一部分是在撞擊前24小時讓DART進入一個9英里寬（15公里寬）的空間盒子。”Bellerose說，在那個時候，任務(wù)的最后一次軌跡修正機動（發(fā)射推進器以改變飛行方向）將由任務(wù)控制人員在地球上執(zhí)行。從那時起，一切都取決于DART。

在其單程旅程的最后幾個小時里，DART將使用由APL創(chuàng)建的自主機載導(dǎo)航儀來保持航線。SMART Nav，即小體機動自主實時導(dǎo)航，從DART的DRACO（Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation）高分辨率相機中收集和處理Didymos和Dimorphos的圖像，然后使用一套計算算法來確定在撞擊前的最后四個小時需要做什么機動。

與DART團隊一起，另一組JPL導(dǎo)航員正在計算和規(guī)劃DART航天器同伴的軌跡。意大利航天局（ASI）的輕型意大利小行星成像立方體衛(wèi)星，或LICIACube，它的重要任務(wù)是對DART對Dimorphos的撞擊效果進行成像。這個烤面包機大小的航天器于9月11日與DART斷開連接--正好是DART計劃撞擊小行星月球Dimorphos的15天之前--在JPL團隊的協(xié)助下，自己在行星際空間中航行。

JPL的LICIACube導(dǎo)航負(fù)責(zé)人Dan Lubey說：“我們正在與ASI合作，使LICIACube在DART撞擊后2至3分鐘內(nèi)到達Dimorphos的25至50英里（40至80公里）范圍內(nèi)--足夠近，以獲得撞擊和噴出物羽流的良好圖像，但不會近到LICIACube可能被噴出物擊中。”

雖然不是DART任務(wù)成功的必要條件，但這顆小衛(wèi)星的兩臺光學(xué)相機LEIA（LICIACube Explorer Imaging for Asteroid）和LUKE（LICIACube Unit Key Explorer）將提供的撞擊前和撞擊后的圖像可以使科學(xué)界在研究近地天體方面受益，并有助于解釋DART的結(jié)果。

時間和空間

JPL的近地天體研究中心（CNEOS）是NASA行星防御協(xié)調(diào)辦公室（PDCO）的一個組成部分，其任務(wù)不僅是確定Didymos在太空中16英里（25公里）內(nèi)的位置，而且還要確定Dimorphos何時能從DART的接近方向看到--并能進入。

與其他機構(gòu)的研究人員一起，CNEOS的成員將研究由撞擊噴出的巖石和碎石（破碎的巖石和灰塵），以及新形成的撞擊坑和Dimorphos在其母小行星周圍軌道上的運動。在JPL的Steve Chesley領(lǐng)導(dǎo)下，他們不僅將檢查來自DART和LICIACube的數(shù)據(jù)和圖像，還將檢查來自太空和地面望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)。

科學(xué)家們認(rèn)為，這次撞擊應(yīng)該使小衛(wèi)星圍繞大小行星的軌道周期縮短數(shù)分鐘。這個時間長度應(yīng)該足以讓地球上的望遠(yuǎn)鏡觀察和測量這些影響。它也應(yīng)該足以讓這次試驗證明動能撞擊技術(shù)--撞擊小行星以調(diào)整其速度，從而調(diào)整其路徑--事實上可以保護地球免受小行星的撞擊。

在這些基于地球的望遠(yuǎn)鏡中，重要的貢獻者包括NASA的深空網(wǎng)絡(luò)，即JPL管理的巨型射電望遠(yuǎn)鏡天線陣列。在JPL科學(xué)家Shantanu Naidu的領(lǐng)導(dǎo)下，位于加利福尼亞州巴斯托附近的深空網(wǎng)絡(luò)Goldstone綜合體的深空站14號巨大的70米（230英尺）天線，將在撞擊后約11小時開始觀測天體碰撞的后果，當(dāng)時地球的旋轉(zhuǎn)將Didymos和Dimorphos帶入Goldstone的視野。從這兩顆太空巖石上反彈出來的回波數(shù)據(jù)應(yīng)該有助于確定小衛(wèi)星的軌道發(fā)生了什么變化，甚至可能提供一些粗略的分辨率雷達圖像。

當(dāng)然，無線電科學(xué)只是深空網(wǎng)絡(luò)作用的一部分。導(dǎo)航小組也依賴于它，因為該網(wǎng)絡(luò)是美國宇航局自1963年以來與月球和其他地方的航天器進行通信的手段。