NASA靈神星探測(cè)器近距離飛掠火星，借力奔赴金屬小行星

IT之家5月17日消息，美國國家航空航天局（NASA）的靈神星探測(cè)器于當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月15日飛掠火星，此次飛掠距離這顆紅色星球比火星兩顆小型衛(wèi)星還要更近。不過這場(chǎng)時(shí)間精準(zhǔn)把控的機(jī)動(dòng)操作，并非為了研究火星。

NASA靈神星探測(cè)器近距離飛掠火星

事實(shí)上，靈神星探測(cè)器掠過火星，是借助這顆行星完成天體引力彈弓加速，奔赴同名目標(biāo)天體 —— 富含金屬的靈神星小行星。探測(cè)器此次最近距離火星約2800英里（4500千米），自五月初開始，火星在探測(cè)器視野里就持續(xù)變得愈發(fā)碩大明亮。

靈神星借助行星完成天體引力彈弓加速

NASA 表示，5月15日當(dāng)天靈神星探測(cè)器掠過火星時(shí)，飛行時(shí)速約達(dá)12333英里（19848千米）。這次飛掠不僅提升了探測(cè)器飛行速度，更關(guān)鍵的是修正了飛行軌道，使其朝著目的地 —— 運(yùn)行在火星與木星之間的16號(hào)靈神星小行星穩(wěn)步進(jìn)發(fā)。

科學(xué)家認(rèn)為，這顆直徑173英里（280千米）的天體，或許是一顆碎裂原始行星裸露在外的金屬內(nèi)核。數(shù)十億年前的劇烈天體碰撞，剝離了這顆原始行星的外層地殼與地幔，最終形成如今的模樣。倘若該推測(cè)屬實(shí)，此次探測(cè)任務(wù)將讓人類首次直接觀測(cè)到平日里深藏在地球這類行星內(nèi)部的核心物質(zhì)。

火星引力借力

此次火星飛掠是本次探測(cè)任務(wù)至關(guān)重要的里程碑，既節(jié)省了珍貴燃料，也讓探測(cè)器順利踏上2029年抵達(dá)靈神星的既定航線。

據(jù)IT之家了解，這種飛行操作是現(xiàn)代航天領(lǐng)域應(yīng)用極廣的引力助推技術(shù)。航天器精準(zhǔn)貼近運(yùn)行中的行星飛行，便能實(shí)現(xiàn)提速、變軌并節(jié)省推進(jìn)劑，從而完成僅憑火箭動(dòng)力難以實(shí)現(xiàn)的更遠(yuǎn)、更快深空探測(cè)任務(wù)。

這套原理看似違背常理，仿佛航天器憑空獲取了飛行能量。航天器飛向行星時(shí)會(huì)不斷加速，脫離行星引力范圍時(shí)又會(huì)減速，直觀來看速度增減本該相互抵消。

而實(shí)現(xiàn)引力助推的核心，并非單純依靠行星引力，而是行星本身圍繞太陽的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

火星在繞日公轉(zhuǎn)時(shí)，本身攜帶著巨大的運(yùn)動(dòng)動(dòng)量。靈神星探測(cè)器以精密測(cè)算的角度靠近火星，再從特定方向脫離，順利借走了火星極小一部分公轉(zhuǎn)動(dòng)能。

這一能量傳遞遵循牛頓第三定律，即作用力與反作用力大小相等、方向相反。探測(cè)器從火星身上借取極其微量的動(dòng)量實(shí)現(xiàn)加速，這份動(dòng)量損耗對(duì)火星微乎其微，卻足以徹底改變探測(cè)器的飛行進(jìn)程。

曾參與 NASA 朱諾號(hào)木星探測(cè)任務(wù)的科學(xué)家沙丹?阿達(dá)蘭此前接受《太空網(wǎng)》采訪時(shí)表示：“這種方式高效經(jīng)濟(jì)、構(gòu)思精妙，堪比星際臺(tái)球借力走位。”

長久以來，引力助推技術(shù)一直助力人類探索宇宙深空。該技術(shù)最早可追溯至1959年太空時(shí)代初期，蘇聯(lián)月球3號(hào)探測(cè)器借助月球引力繞行至月球背面，首次拍攝到了月球背面影像。

人類諸多極具開創(chuàng)性的無人深空探測(cè)任務(wù)，都離不開引力助推技術(shù)。上世紀(jì)70年代末，旅行者號(hào)探測(cè)器借助百年一遇的外行星連珠天象，依靠引力彈弓從木星奔赴土星，旅行者2號(hào)更是借此一路飛向天王星與海王星，完成了意義非凡的外太陽系巡游。

卡西尼號(hào)探測(cè)器先后借助地球、金星、木星的引力加速，攢足動(dòng)力奔赴土星；新視野號(hào)探測(cè)器飛掠木星借力，大幅縮短了奔赴冥王星的飛行時(shí)長。

就在近期，NASA 備受矚目的阿爾忒彌斯2號(hào)載人任務(wù)也運(yùn)用了同款原理，采用自由返回軌道，借助月球引力讓四名航天員繞飛月球背面后順利折返地球，無需啟動(dòng)大量發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整航線。

去年10月發(fā)布的相關(guān)研究論文顯示，此次火星借力飛掠，讓靈神星探測(cè)器相對(duì)太陽的速度改變量達(dá)到每秒2千米。

靈神星探測(cè)器采用太陽能電力推進(jìn)系統(tǒng)，依靠太陽能板將光能轉(zhuǎn)化為電能，電離并噴射氙氣緩慢推動(dòng)自身前行。這套推進(jìn)系統(tǒng)效率極高，但長期輸出的推力十分微弱。

倘若僅依靠自身推進(jìn)系統(tǒng)完成同等幅度的提速與軌道修正，不僅成本高昂，現(xiàn)實(shí)中也難以實(shí)現(xiàn)。這需要耗費(fèi)海量推進(jìn)劑，遠(yuǎn)超探測(cè)器實(shí)際運(yùn)載能力，還會(huì)增加整體自重，大幅抬升發(fā)射成本。

而此次火星飛掠，讓探測(cè)器借助行星引力完成大部分軌道與速度調(diào)整，為后續(xù)漫長航程省下大量燃料。

如今的靈神星探測(cè)器如同擊打出的棒球，帶著全新的飛行動(dòng)量與修正后的軌道告別火星，向著這顆極具研究價(jià)值的金屬小行星飛去，有望揭開行星內(nèi)部深藏的奧秘。探測(cè)器預(yù)計(jì)將于2029年7月抵達(dá)16號(hào)靈神星小行星。