我们应该在哪里撞击小行星才能有效地使其轨道偏转

最近，美国宇航局的双小行星重定向测试(DART)航天器以6.6公里/秒的速度撞向一颗170米高的小行星Dimorphos，这是通过动能撞击使小行星偏转的首次在轨演示。DART航天器将几乎正面撞击Dimorphos的中心。基于地球的望远镜现已证实，撞击成功地将Dimorphos的轨道周期改变了32分钟，比预期的要多得多。

但是，我们应该在哪里撞击小行星才能最有效地偏转其轨道?只是朝着小行星的中心?这些问题还有待深入研究。

在《制导、控制与动力学杂志》发表的一篇新论文中，清华大学的研究人员提出了一种优化的动能撞击几何结构，以提高动能撞击偏转的有效幅度，这应该会促进我们对如何充分利用动冲击器并获得最佳结果。他们发现，与DART任务使用的中心撞击相比，精心设计的偏心撞击似乎可以将偏转效率提高50%以上。

他们的工作显示出一个令人惊讶的结果，即无论目标小行星长什么样，也不管撞击的位置/方向，小行星的速度变化总是位于一个独特的方向图上，这仅由小行星的物质特性决定。他们称之为Delta-v测速仪。

“Delta-v测速仪实际上是理想球面的变形。而确定真实的轮廓需要量化冲击角度对动量传递效率的影响，这可以通过倾斜冲击的流体动力学模拟来计算，”研究人员解释说.

通过数值模拟，考虑到轨道几何形状和小行星形状，获得并应用独特的测速仪来优化撞击位置或方向。对于类贝努近球形小行星，所需的冲量对撞击位置很敏感，并且在某些轨道几何形状中，最佳撞击几何形状会偏离正常的中心撞击到前导面，尤其是对于较大的轨道几何形状角度。

与简单的居中撞击相比，在撞击最佳位置时，有效偏转最多可增加50%。

对于类似Itokawa的细长小行星，撞击方向决定了Delta-v集在测速仪上的分布，因此决定了撞击的最佳旋转相位。与不适当方向的值相比，优选方向甚至可以将最终偏转距离增加100%。

研究人员说：“这项工作展示了Delta-v测速仪在PHA动力学偏转的最佳几何设计中的简单创新应用，作为超高速撞击和长期轨道动力学的联系。”“在未来小行星偏转任务的全球轨迹设计中应考虑所提出的优化方法，其中预期偏转距离不仅取决于轨道几何形状，还取决于撞击几何形状。”