NASA的“Psyche”探测器接下来会以极近的距离飞掠火星,贴得非常近。
美国宇航局的“灵神星”深空探测器正准备来一次大胆又贴脸的火星飞掠,打算借助火星的引力玩一把“弹弓效应”,给自己加速,直奔太阳系里那颗很特别的金属小行星——也就是同名的“灵神星”。按计划,美国东部时间5月15日周五,探测器会以大约每小时1.23万英里(约1.98万公里)的速度,从离火星表面只有大约2800英里(约4500公里)的高度擦过去,借此改变飞行轨迹、提升速度,为后续进入主小行星带的长途行程攒足动力。
“灵神星”探测器是在2023年10月13日发射升空的,靠太阳能电推进和氙气慢慢持续加速,在整个任务周期里逐步把速度提上来。通过这次火星引力辅助,任务团队可以明显节省推进剂的消耗,同时还能获得足够的速度和轨道倾角变化,确保探测器能在后续年份顺利抵达目标小行星。这类行星飞掠不光在轨道设计里很关键,同时也是工程师和科学家们在到达最终目标之前,对飞控系统和科学设备做一次全面测试和校准的好机会。
在即将到来的飞掠过程中,“灵神星”号的任务团队打算用多光谱成像仪对火星进行几千次观测,获取图像和光谱数据,用来验证成像系统的性能,并优化将来在小行星轨道下的观测方案。探测器在飞掠之前就已经开始回传图像了,从5月7日公开的第一批“原始”照片来看,火星在遥远星空里还只是一个小光点。后续工程师会通过调整亮度和对比度,处理飞掠期间拍下的大量图像,并有望在未来几周制作出一条展示全程近距离飞越的延时视频。
为了保证飞掠能够精确执行,任务团队已经在2月23日做了一次轨道修正机动,探测器连续点火大约12小时,对飞行轨道做了微调并且稍微提高了速度,让它能在5月到达火星时按计划从预定高度掠过。任务规划负责人莎拉·贝尔斯托表示,飞控团队已经把整个5月期间探测器需要做的各种操作全部写进了飞行计算机,“我们这一次不仅能第一次在飞行中用比‘几个像素’大得多的目标来标定相机,还会让其他科学仪器一起参与观测”。
因为“灵神星”号是从火星夜侧那一面接近的,所以它看到的火星外观和大家平时熟悉的“满盘红色圆面”不太一样。任务成像仪负责人吉姆·贝尔是这么描述的:探测器会以很高的“相位角”逼近火星,也就是“从夜侧追上这颗行星,只能看到被阳光勉强勾勒出的一道细细弯月”。在飞掠前后,探测器会先看到一弯很细的“火星新月”,飞掠之后则有机会拍到接近“满火星”的视角,这既有利于成像系统校准,也很有可能产出一批非常好看的照片。
科学家们还打算趁这次机会,探测一下火星周围可能存在的那种微弱尘埃环。有研究推测,火星的两颗小卫星——火卫一福波斯和火卫二得摩斯——在长期遭受微流星撞击时,可能会向太空喷出细微的尘埃颗粒,并在火星轨道附近形成一个稀薄的尘埃“环”或者“圆环状云团”。如果在飞掠期间光照角度合适,这些尘埃有望在“灵神星”号拍回来的图像数据处理中被发现,从而为了解火星小卫星及其周边微环境提供新的线索。
这次飞掠不光是一次成像实验,还是一次多学科的综合观测演练。探测器上的磁力计有机会记录火星磁场和太阳带电粒子之间的相互作用,而伽马射线和中子谱仪则会监测飞掠过程中宇宙射线通量的变化,为后续在小行星轨道上进行高能粒子和表面物质探测积累经验。此外,成像仪还会开启“卫星搜索”模式,在火星周边做类似“找微小卫星”的观测练习,方便以后抵达“灵神星”小行星之后,更高效地寻找可能存在的微小伴星。
尽管科学上的收获很让人期待,但任务团队也强调,这次飞掠最首要的目的还是“借火星一把力”。正如项目首席研究员林迪·埃尔金斯-坦顿所说,飞掠的根本原因是“通过火星获得一点帮助,加速飞行,并把轨道倾斜到通往小行星‘灵神星’的方向”,而如果能在此基础上顺便完成仪器测试和校准,那就更是锦上添花了。
在飞掠期间,任务控制中心会通过NASA的深空网络密切跟踪“灵神星”号传回来的无线电信号,从而精确评估飞掠的效果。探测器速度的细微变化会体现在无线电信号的多普勒频移上,工程师据此可以快速反推出飞掠之后的新轨道参数,确认探测器是否已经准确奔向主小行星带的方向。通过与火星现有的轨道器和地面局联合观测,团队还希望进一步优化未来深空任务在做行星引力辅助时的测轨与导航策略。
多艘正在火星附近运行的航天器也会协同支持这次行动,包括NASA的“火星勘测轨道飞行器”、“火星奥德赛”轨道器,以及在地面上工作的“好奇号”和“毅力号”两辆火星车。欧洲航天局的“火星快车”和“ExoMars微量气体轨道器”等也会参与观测和测量。科学家们打算把“灵神星”号在飞掠期间拿到的观测数据,跟火星现有任务多年积累的资料做对比,以便进一步改进“灵神星”科学仪器的校准,同时帮助未来靠近火星的探测器更好地设计通信和导航方案。
根据任务计划,“灵神星”探测器在火星引力助推之后会继续向外飞向主小行星带,预计在2029年底到达那颗同名的金属小行星并进入轨道,开始对这颗罕见天体的内部构成和演化历史做长期考察。作为第一个以金属为主要研究目标的小行星探测任务,“灵神星”有望揭示类似行星内核的远古残余,从而帮助人类更好地理解类地行星的形成过程和早期太阳系的演化。





