NASA的DART航天器利用木星和木衛二測試自主導航系統

在拍攝了地球夜空中最明亮的恆星之一織女星的圖像之後,雙小行星重定向測試(DART)的相機最近又聚焦於另一個令人驚嘆的景象。木星和它的四個最大的衛星。美國宇航局的DART航天器目前正在向其備受期待的9月26日與雙小行星Didymos相遇的方向巡航。

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同時,在旅途中,航天器的成像器–用於光學導航的Didymos偵察和小行星照相機,或稱DRACO–已經拍下了數千張星星的照片。這些照片為約翰霍普金斯應用物理實驗室(APL)團隊提供了必要的數據,該團隊為美國宇航局領導的任務提供支持,以支持正在進行的航天器測試和演練,為航天器對Didymos的衛星Dimorphos的動能撞擊做準備。

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5月27日,DART的高分辨率相機DRACO捕捉到了織女星的這幅圖像,織女星是夜空中最亮的恆星之一,也是太陽系最近的鄰居之一,距離僅25光年。這顆恆星周圍的六個尖峰是光線從固定DRACO第二面鏡子的結構上反射而來。資料來源:NASA/Johns Hopkins APL

DRACO是DART上唯一的儀器。因此,它不僅將捕捉Didymos和Dimorphos的圖像,而且還將支持小體操縱自主實時導航(SMART導航),這是航天器的自主導航系統,它將引導DART撞擊。

為了測試SMART導航系統,任務操作小組在7月1日和8月2日將DRACO成像儀對準了木星。 小組用它來探測和瞄準木星的衛星木衛二,因為它從木星的背後出現。這類似於在撞擊前的幾個小時,Dimorphos將在視覺上與較大的小行星Didymos分離。雖然這次測試顯然沒有涉及DART與木星或其衛星的碰撞,但它給了APL領導的SMART導航團隊一個機會來評估SMART導航系統在飛行中的表現如何。在這次木星測試之前,SMART導航系統的測試是通過地面上的模擬進行的。

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在SMART Nav的一次測試中,以木星為中心的DRACO圖像的剪裁合成。拍攝該圖像時,DART距離地球約1600萬英里(2600萬公里),木星距離航天器約4.35億英里(7億公里)。資料來源:NASA/Johns Hopkins APL

這次測試為SMART導航團隊提供了寶貴的經驗,包括了解SMART導航團隊如何看待來自航天器的數據。”每次我們做這些測試時,我們都會調整顯示,使它們變得更好一點,對我們在真正的終端事件中實際要尋找的東西更有反應,”APL的Peter Ericksen SMART導航軟件工程師說。

儘管DART航天器被設計成在終端接近期間完全自主運行,但SMART導航團隊仍將監測物體在場景中的跟蹤情況。這包括它們的強度、像素數量,以及它們被識別的一致性如何。只有在出現嚴重的、威脅到任務的預期偏差時,才會利用預先計劃的應急措施採取糾正措施。通過木星及其衛星,研究小組有機會更好地了解,當目標在探測器上移動時,物體的強度和像素數量可能會有什麼變化。

上面的圖像是在其中一次SMART導航測試中拍攝的以木星為中心的DRACO圖像的剪裁合成。它是在DART距離地球大約1600萬英里(2600萬公里),木星距離航天器大約4.35億英里(7億公里)時拍攝的。兩個亮度和對比度的拉伸,分別是為了優化木星和它的衛星而做的,結合起來就形成了這個視圖。從左到右分別是木衛二、木星、歐羅巴、木衛一和木衛四。

“木星測試讓我們有機會讓DRACO對我們自己的太陽系中的東西進行成像,”APL的DRACO儀器科學家Carolyn Ernst說。”這些圖像看起來非常棒,我們對DRACO在撞擊前的數小時和數分鐘內將揭示出有關Didymos和Dimorphos的情況感到興奮!”

DRACO是一台高分辨率相機,其靈感來自於美國宇航局新視野號飛船上的成像器,該飛船傳回了冥王星系統和柯伊伯帶天體Arrokoth的首批特寫圖像。

DART是由約翰-霍普金斯應用物理實驗室(APL)為NASA的行星防禦協調辦公室開發和管理的。DART是世界上第一個行星防禦測試任務,它將故意對Dimorphos實施動能撞擊,以稍微改變其在空間的運動。雖然目前沒有已知的小行星對地球構成威脅,但DART任務將證明航天器可以自主導航,對一個相對較小的目標小行星進行動能撞擊,而且如果有一天發現真正危險的小行星,這是一種可行的技術,可以使其偏移。DART將於2022年9月26日到達其目標。