NASA的“Psyche”探测器将超近距离飞掠火星

美国宇航局（NASA）的“灵神星”（Psyche）深空探测器正准备进行一次大胆的近距离火星飞掠，将借助火星引力“弹弓”效应，加速飞往太阳系中最奇特的金属小行星之一——同名小行星“灵神星”。美国东部时间5月15日（周五），探测器将以约每小时1.23万英里（约1.98万公里）的速度，从距离火星表面仅约2800英里（约4500公里）的高度掠过，通过改变飞行轨迹并提升速度，为接下来前往主小行星带的长途旅行提供关键助推。

“灵神星”探测器于2023年10月13日发射升空，依靠太阳能电推进和氙气持续缓慢加速，在多年任务中逐步提高速度。通过火星引力辅助，任务团队可以显著节省推进剂消耗，同时获得足够的速度和轨道倾角变化，使探测器能够在后续年份抵达目标小行星。这类行星飞掠不仅是轨道设计中的关键环节，也为工程师和科学家提供了在抵达最终目标前，对飞控系统和科学载荷进行全面测试和标定的宝贵机会。

在即将到来的飞掠过程中，“灵神星”号的任务团队计划使用多光谱成像仪，对火星进行数以千计的观测，获取图像和光谱数据，用于验证成像系统性能并优化后续在小行星轨道下的观测策略。探测器已在飞掠前开始回传图像，自5月7日起公开的首批“原始”图像中，火星仍只是遥远星空中的一点微光，后续工程师将通过调整亮度和对比度，对飞掠期间拍摄的大量图像进行处理，并有望在未来几周制作出展示整个近距离飞越过程的延时序列。

为确保飞掠精确实施，任务团队已于2月23日执行了一次轨道修正机动，探测器连续点火约12小时，对飞行轨道进行微调并略微提高速度，使其在5月抵达火星时能够按计划从预定高度掠过。任务规划负责人莎拉·贝尔斯托（Sarah Bairstow）表示，飞控团队已将整个5月期间探测器需要执行的各项操作全部写入飞行计算机，“我们这一次不仅能首次在飞行中用比‘几像素’大得多的目标来标定相机，还会让其他科学仪器参与观测”。

由于“灵神星”号是从火星夜侧方向接近，该探测器看到的火星外观将不同于地面公众熟悉的“满盘红色圆面”。按任务成像仪负责人吉姆·贝尔（Jim Bell）的描述，探测器以很高的“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细细弯月”。在飞掠前后，探测器将先看到一弯纤细的“火星新月”，飞掠之后则有机会拍到接近“满火星”的视角，这既利于成像系统校准，也有望产生一批极具观赏性的照片。

科学家还对借此次机会探测火星周围可能存在的微弱尘埃环抱有兴趣。研究推测，火星两颗小卫星——火卫一（福波斯）与火卫二（得摩斯）——在遭受微流星持续撞击时，可能向太空喷射出细微尘埃颗粒，并在火星轨道附近形成稀薄的尘埃“环”或“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”号的成像数据处理中显露踪迹，为理解火星小卫星及其微环境提供新线索。

此次飞掠不仅是一次成像实验，也是一次多学科综合观测演练。探测器上的磁力计有望记录火星磁场与来自太阳的带电粒子之间的相互作用，而伽马射线和中子谱仪则将监测飞掠过程中宇宙线通量的变化，为后续在小行星轨道上进行高能粒子与表面物质探测积累经验。此外，成像仪还将执行“卫星搜索”模式，在火星周边开展类似“微小卫星搜寻”的观测练习，以便在抵达“灵神星”小行星后，更高效地寻找潜在的微小伴星。

尽管科学收获颇具期待，但任务团队强调，这次飞掠的首要目的仍是“借火星一把力”。正如项目首席研究员林迪·埃尔金斯-坦顿（Lindy Elkins-Tanton）所说，飞掠的根本原因是“通过火星获得一点帮助，加速飞行并将轨道倾斜到通往小行星‘灵神星’的方向”，而如果在此基础上还能顺利完成仪器测试和标定，那就可谓“锦上添花”。

在飞掠期间，任务控制中心将通过NASA深空网络（Deep Space Network，DSN）密切跟踪“灵神星”号发回的无线电信号，以精确评估飞掠效果。探测器速度的细微变化将体现在无线电信号的多普勒频移中，工程师据此可以迅速反演出飞掠后的新轨道参数，确认探测器是否已准确奔赴主小行星带方向。通过与火星在轨器和地面局的联合观测，团队还希望进一步优化未来深空任务在行星引力辅助过程中的测轨与导航策略。

多艘正在火星附近运行的航天器将协同支持此次行动。其中包括NASA的“火星勘测轨道飞行器”（MRO）、“火星奥德赛”轨道器以及在火星表面作业的“好奇号”和“毅力号”两辆火星车，欧洲航天局（ESA）的“火星快车”与“ExoMars微量气体轨道器”等也将参与观测与测量。科学家计划将“灵神星”号在飞掠期间获得的观测数据，与火星现有任务多年积累的资料进行对比，以进一步改进“灵神星”科学仪器的标定，并帮助未来靠近火星的探测器更好地设计通信与导航方案。

根据任务计划，“灵神星”探测器将在火星引力助推后继续向外奔赴主小行星带，预计于2029年末抵达其同名金属小行星并进入轨道，展开对这一罕见天体内部构成和演化历史的长期考察。作为首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，为人类理解类地行星形成过程和早期太阳系演化提供前所未有的窗口。