2024 年 9 月 30 日

 

• 2024年10月7日，歐洲太空總署赫拉太空探測器任務的發射窗口開啟，為期三週。
• 雙小行星迪迪莫斯（Didymos）和迪莫福斯（Dimorphos）的任務旨在找出如何防禦危險的小行星。
• 太空探測器是在德國開發和製造的。
• Hera 連接到 NASA 的 DART 太空船，該太空船於 2022 年對 Dimorphos 進行了受控撞擊，以改變其軌道。
• 重點領域：太空旅行、小行星防禦、太陽系探索、太空安全

 

地球的歷史一再顯示小行星是多麼危險。即使在今天，也不能排除天體對地球造成的毀滅性影響。科幻電影中已經存在防止撞擊的技術。但在「現實生活」中，防禦小行星也能成功嗎？歐洲太空總署 (ESA) 的赫拉任務旨在回答這些問題和許多其他問題。太空探測器為期三週的發射窗口將於 2024 年 10 月 7 日開啟。她將從佛羅裡達州卡納維爾角太空站搭乘獵鷹 9 號火箭出發，開始為期兩年的雙小行星 Didymos 和 Dimorphos 之旅，並對這顆行星進行為期六個月的研究。德國是這項任務的最大貢獻者。德國航太中心 (DLR) 的德國航太局利用聯邦經濟事務和氣候保護部 (BMWK) 的資金協調德國歐空局的這些捐款。 DLR 與位於科隆的 DLR 太空飛行操作和太空人訓練設施以及位於柏林的 DLR 行星研究所進行科學合作。赫拉太空探測器是在不來梅的 OHB 開發和製造的。 Hera 將使用新開發的「德國製造」天線將資料傳送到地球。來自耶拿的兩台相機提供了 Didymos 和 Dimorphos 的圖像。

「6600萬年前，一顆小行星撞擊了墨西哥，很可能是恐龍滅絕的原因。如果大型小行星撞擊地球，這將對我們的星球和全人類構成真正的威脅。透過我們的赫拉任務，我們正在擴大我們對小行星的了解，並與美國太空總署、日本宇宙航空研究開發機構、歐洲太空總署和其他太空機構一起，為地球的有效行星防禦做出重大貢獻。 」 Walther Pelzer，DLR 董事會成員兼 DLR 德國航太局局長。

 

行星防禦小行星

如今，小行星撞擊地球的情況非常罕見，但可能會造成嚴重後果。 2013年2月15日，一顆直徑20公尺的小行星進入俄羅斯城市車里雅賓斯克附近的地球大氣層，造成約1,500人受傷。大部分都蒸發了，但當它在30公里左右的高度爆炸時，其殘餘物引發了壓力波，震碎了這座百萬人口城市的無數窗玻璃。他們是受傷的原因。 「車里雅賓斯克事件可以提醒我們。為了防止未來發生危險事件，我們需要赫拉任務的數據。曼努埃爾‧梅茲 (Manuel Metz)，德國太空中心德國太空總署赫拉 (Hera) 專案經理。 「更大的天體撞擊的後果會嚴重得多。它們甚至可能威脅整個海岸或大陸。這將對人類的持續存在產生影響。德國太空中心太空操作和太空人訓練機構的斯蒂芬·烏拉梅克 (Stephan Ulamec) 參與了赫拉的科學工作。 “位於現在墨西哥境內的近 200 公里寬的希克蘇魯伯隕石坑的遺跡尤其證明了這一點。”

 

防禦近地天體的準備工作

好消息：大約 36,000 個直徑超過 100 公尺的已知近地天體（即所謂的 NEO（近地天體））目前沒有一個與地球發生碰撞。 2004 年發現的小行星阿波菲斯將於 2029 年掠過地球。在飛越地表上方 31,750 公里的過程中，它比地球靜止軌道上的衛星更接近地球。它的直徑約為350米，一旦發生撞擊將產生極端後果。根據目前的知識，這種碰撞在21世紀是可以排除的。然而，它距離地球如此之近的事實表明，我們必須時刻為此類物體做好準備。為了開發人類能夠有效應對此類危險的方法，美國太空總署NASA和歐洲太空總署（ESA）正在進行「小行星撞擊與偏轉評估」（AIDA）合作。它由 NASA DART 任務和 ESA Hera 任務組成。

 

DART 和 Hera 任務

NASA 從 DART（雙小行星重定向測試）太空探測器開始。雙小行星 Didymos 和 Dimorphos 被選為目標，其中較小的 Didymos（直徑約 150 公尺）圍繞著較大的 Didymos（直徑約 800 公尺）作為小行星衛星運行。目的是影響兩顆小行星彼此繞的軌道周期。為此，DART 於 2022 年 9 月 26 日以每秒超過 6 公里（22,500 公里每小時）的速度以受控方式擊中了 Dimorphos。透過望遠鏡測量發現，Dimorphos 的軌道周期從原來的 11 小時 55 分鐘縮短了 33 分鐘——先前模型中的軌道周期僅為 10 分鐘。

赫拉現在被送往雙小行星，調查小行星的軌道周期和形狀到底是如何變化的。為此，探頭配備了十二個測量儀器。其中最重要的是兩台小行星取景相機（AFC），這是耶拿內建的兩台冗餘單色相機，用於確定空間探測器在小行星系統中的位置。它們對於探測器的導航至關重要，也將為小行星的研究做出貢獻。

 

小行星的數位地形模型

Hera 科學團隊將根據分幅相機的圖像計算小行星的數位地形模型，並搜尋 DART 對 Dimorphos 的撞擊造成的變化（“雙形”，指撞擊後形狀的變化）：“ Dimorphos 上是否形成了隕石坑？整個小行星都被改變了嗎？ Didymos 的表面是否也受到了噴射物的撞擊？我們希望用我們的數位地形模型來回答這些問題。德國太空中心行星研究所的讓-巴蒂斯特·文森特。

 

立方體衛星登陸 Dimorphos

Hera 還攜帶兩顆立方體衛星：Juventas 和 Milani，每顆都有鞋盒大小。他們將近距離觀察 Dimorphos，甚至在任務的最後階段降落在小行星上，測量其表面、內部結構和重力。這些測量旨在確定 Dimorphos 的準確質量，該質量先前由 AFC 確定。為了準確了解 DART 偏轉的效果，必須確定品質。然後，所獲得的數據可用於計算如何實現其他天體的偏轉。如果小行星發生實際碰撞，這將成為真正的行星偏轉任務的基礎。此外，收集到的數據將代表小行星研究的另一個里程碑。

 

歐洲聯合專案中的德國技術

德國是歐空局任務的最大捐助國，出資額約 1.3 億歐元（佔總數的 37%）。 Hera 偵測器由不來梅的 OHB SE 公司開發和製造。新開發的由碳纖維增強塑料製成的天線來自慕尼黑 HPS 公司。兩台小行星分幅相機來自 Jena-Optronik。德累斯頓工業大學積極參與了 Cubesat Juventas 雷達實驗的開發。此外，來自德國的研究人員也參與了赫拉科學團隊，對任務獲得的數據進行科學評估。德國航太中心的德國航太局利用聯邦經濟事務和氣候保護部 (BMWK) 的資金協調德國對這項任務的所有貢獻。

 

[照片]

(A) 赫拉太空探測器位於雙小行星 Didymos 和 Dimorphos 前面

Hera 太空探測器將對雙小行星 Didymos 和 Dimorphos 2026 進行為期六個月的研究，以準確找出在 NASA DART 2022 探測器撞擊後小行星的軌道周期和形狀如何變化。為此，赫拉配備了十二台測量儀器。最重要的是兩台小行星取景相機——兩台冗餘的單色相機——用於確定太空船在小行星系統中的位置。它們對於探測器的導航至關重要。 Hera 還攜帶兩顆立方體衛星：Juventas 和 Milani，每顆都有鞋盒大小。他們將靠近 Dimorphos，甚至在任務的最後階段降落在其上，以測量其表面、內部結構和重力。

(B) 小行星二形態

這張 Dimorphos 的高解析度視圖是透過組合 NASA DART 太空船 Didymos 偵察機和小行星光學導航相機 (DRACO) 的最後 10 張全幀影像創建的。 Dimorphos 的方向是使其北極位於影像的頂部。

(C) 太陽翼展開的赫拉太空探測器

赫拉太空船及其兩個太陽翼之一正在荷蘭 ESTEC 測試中心進行測試。這艘貨車大小的太空船（左）由兩個太陽翼提供動力，每個太陽翼都有三個面板，由瑞士的 Beyond Gravity 提供。其中一個五米長的機翼被連接到探測器進行「冷部署檢查」。這可以測試窗扇是否正確安裝。由於太陽翼設計為在零重力下運行，因此在測試使用期間它們由框架支撐。

(D) 太空中的小行星

藝術家對小行星的印象。