當立方體衛星,遇到小行星時,需要幹些什麼?

科學之美 發佈 2020-01-09T18:48:25+00:00

「赫拉」行星防禦計劃是為了探測迄今為止,所探測到最小的小行星而設計,它實際上是由三個太空飛行器組成。想像一下,例如,如果立方體衛星從小行星表面200米釋放出來,那麼它們將需要一個多小時才能走完這段短暫的距離,一切都在以一種慢動作移動,然後還有再次反彈的可能性。

「赫拉」行星防禦計劃是為了探測迄今為止,所探測到最小的小行星而設計,它實際上是由三個太空飛行器組成。主母艦將攜帶兩個公文包大小的立方體衛星,它們將降落在目標物體上。一個則探測外星最初接觸時可能發生的情況。土魯斯大學航空航天高等研究所(ISAE-Supaero)的研究員娜奧米•默多克說:我們定製了一個現有的降落塔,並將其裝配上滑輪和配重系統,以模擬低重力環境。

可以把測試箱放在降落塔內,裡面有一個模型著陸器和模擬的小行星地形。研究團隊從一個著陸在沙質表面的球形著陸器開始,但已經發展到更能代表實際立方體衛星的立方體形狀。同時也一直在研究不同表面材料的影響,並試圖了解著陸過程如何隨著不同的材料特性、重力水平和速度而變化。

這是必要的,因為每次前往不同的小行星,最終都會對發現感到驚訝。例如,日本隼鳥2號,目前正在探索琉球小行星,發現了比研究人員預期更稀有的『風化層』灰塵和更多的巨石。所涉及引力還不到地球引力的十萬分之一,遠低於ISAE-Supaero團隊所能複製的。這意味著著陸本身更像是太空飛行器對接,而不是傳統的行星著陸。

想像一下,例如,如果立方體衛星從小行星表面200米釋放出來,那麼它們將需要一個多小時才能走完這段短暫的距離,一切都在以一種慢動作移動,然後還有再次反彈的可能性。羅塞塔彗星追逐者號的「菲萊」著陸器反覆從67P/丘留莫夫-格拉西門科彗星表面反彈,最後終於停了下來。當然,如果你是一名在月球表面的太空人,就必須以極其輕柔的步伐行走,以避免離開月球,再也不回來(雖然有點誇張)。

科學家希望這兩顆立方體衛星都能在下降過程中倖存下來,並返回一些觀測結果,包括對表面物質的近距離觀察。但是,ISAE-Supaero測試的主要目的是從最初接觸時刻中擠出儘可能多的有價值的數據。在測試著陸器上安裝了加速計,類似於赫拉號立方體衛星攜帶的那種。例如,可以看到撞擊動力學是如何根據材料的性質變化。

從沙子到大礫石,影響穿透地表的程度和碰撞持續時間,研究立方體衛星著陸時的不同結果,無論它們是在拐角處著陸還是正面著陸,正面著陸都會產生更高的加速度峰值。在測試結束時,希望有一組數據來更好地解釋實際著陸情況,並證明對理解其他任務與小行星的相互作用也很有用。此前研究人員就通過歐洲航天局的「惠更斯號」著陸器在靜止時的晃動,獲得了有關土星衛星泰坦冰凍甲烷外殼的寶貴知識。

著陸器的運動表明,表面有一層潮濕的沙子,表面覆蓋著一層蓬鬆的灰塵。表面以下有濕氣,至少有一顆1-2厘米大小的卵石,迄今為止,伊薩斯-蘇帕羅的測試突顯出,赫拉的目標是直徑160米、重力極低的小行星,這顆小行星正在形成一個真正的外星環境。

表面材料必然會有不同的表現,因為減少重力會減少粒子之間的法向力,因此摩擦力也會減小——所以穿透同樣沙質材料應該需要更小的力。低重力也意味著其他現象,如范德華力,將發揮更大的作用,范德華力能使麵粉等物質粘在一起。小行星表面可能有大量的大型岩石,這些岩石的行為最終更像是麵粉顆粒。

或者,靜電充電可能會促使灰塵懸浮並在表面上移動,這些著陸數據也應該有助於揭示碰撞動力學固有的尺度規律,將尺度一直延伸到NASA的DART太空飛行器與同一顆小行星碰撞,以測試行星防禦技術。Hera任務將於今年11月在ESA的Space19+會議上提出,歐洲的太空部長們將在會上對執行這一任務做出最後決定。

博科園|研究/來自:ESA

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