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北京时间2023年10月13日，美国航天局灵神星探测器从肯尼迪航天中心发射升空，它将飞行35亿公里，前往火星与木星之间的小行星主带，探访一颗富含金属的小行星灵神星（16 Psyche）。

灵神星发射画面（来源：NASA）

灵神星是由意大利天文学家安尼巴莱·德·加斯帕里斯（Annibale de Gasparis）在1852年3月17日发现的，也是当时已知第16颗小行星，天文学家用希腊神话中的灵魂女神普赛克的名字命名。从光谱上分的话，灵神星属于M型小行星，密度很大，富含金属，可能主要是铁、镍，还有可能拥有金、铂等贵金属。所以有研究人员曾经非常乐观地估计灵神星的“价值”高达 70亿亿美元（$700,000,000,000,000,000）！不过著名的小行星估值网站Asterank认为它只有近280亿美元。这可差太多了，这也是由于我们并不清楚它上面金属组成以及含量究竟多少。

灵神星艺术想象画（来源： NASA/JPL-Caltech/ASU）

灵神星是太阳系中已知最大的金属小行星，平均直径约222公里，密度约3.9克/立方厘米，雷达反照率约0.34，推测其刚开始被认为可能是一颗太阳系原行星裸露出来的内核，但后来的研究排除了这一可能。灵神星的轨道半长径约2.9AU，近日点约2.53AU，远日点约3.32AU，位于小行星主带偏外侧。

灵神星轨道（来源：Wikipedia/Tomruen）

灵神星探测器是首个瞄准金属小行星的任务，旨在帮助科学家更多地了解我们太阳系固态天体的形成过程。探测器主体4.9米长，2.2米宽，2.4米高，展开太阳能帆板后几乎可以覆盖一个网球场。探测器质量高达2747公斤。由于其路途较远，它的发射需要更大推力、更多燃料，因此本次发射由SpaceX的“猎鹰”重型运载火箭承担，发射总质量达到1430吨，其中99%是燃料。 太阳能帆板是两侧对称式布局，一副翼面由五块面板排列成十字形。它将为探测器上所有设备供电，包括科学载荷。在刚离开地球时，太阳能帆板将产生21千瓦的功率，在绕小行星运行期间将产生2.3~3.4千瓦的功率。

灵神星探测器效果图（来源：NASA）

根据基于地球的光学望远镜和雷达获得的数据，科学家们认为灵神星可能是富含金属的小行星，猜测其是小行星或星子内核的一部分（相当于地核）。它有可能是一颗未“发育完全”的小行星的部分，也可能是在早期形成时，与其他较大的小行星相撞，失去了大部或全部外部岩石外壳。在地球上，我们无法像凡尔纳小说那样进入地心探索，过去也只能通过偶尔坠落地球的铁陨石推测早期小行星暴力碰撞和物质积累的历史，而现在灵神星给我们提供了一个独一无二的窗口，探测灵神星将直接在现场勘探，甚至有可能了解像我们这样的行星形成的过程。如果最后发现灵神星不是一个暴露的核心，那么它可能是一个前所未有的原始太阳系天体。

洁净室中的灵神星探测器（来源：NASA/Frank Michaux）

为了探访这个神秘的小行星，灵神星探测器上配备了以下科学仪器：

磁强计：用于测量灵神星的磁场，看看是否留下远古时期磁场的痕迹，这将是判断它是否为行星核心的最重要的证据来源。

多光谱成像仪：将提供有关灵神星的矿物成分及其地形的信息。

伽马射线和中子光谱仪：确定灵神星化学元素，并更好地了解它是如何形成的。

雷达：用于探测灵神星内部结构

相机：用于拍摄灵神星高分辨图像

重力科学研究系统：这是一个通过电信系统进行重力科学研究的方法。地面工程师向航天器发送指令和从航天器接收数据。通过分析航天器通信的X波段无线电波信号，科学家可以测量灵神星如何影响航天器的轨道。根据这些信息，科学家可以确定小行星的自转、质量和重力场，为小行星内部的组成和结构提供更多线索。

此外，值得一提的是，探测器上还搭载了一套用于“深空光学通信”技术（DSOC，Deep Space Optical Communications）演示的特殊装备。这是美国航天局为了满足未来太空任务的需求，使用近红外激光器，为传输和接收高清图像和视频等数据提供更高的带宽。使用光学通信技术能够避免大幅增加硬件尺寸、质量和功率，使当前的数据传输速率提高10到100倍。这将是美国航天局首次测试地球与远超月球的距离之间的高带宽光学通信。不过，灵神星探测器上的这套系统并不打算传输灵神星的相关科学数据，因为该技术演示计划被安排在探测器飞往灵神星的过程中进行。

深空光学通信系统（来源：NASA/JPL-Caltech）

灵神星探测器上还使用了四个霍尔效应推力器。 霍尔效应推力器又称霍尔电推进发动机，其推进原理是利用电子在磁场中受到洛伦兹力的作用产生推力。 灵神星探测器上使用了氙气作为推进剂。 它被通过阳极注入环形通道中，然后被阴极产生的电子电离，然后离子又在静电场的作用下得到加速，从而产生推力。 霍尔电推进发动机产生的推力很小，但耗费推进剂也很少，航天器能够持续不断地加速。 有意思的是，它产生的火光是蓝盈盈的，很有科幻感。

与灵神星探测同款的霍尔电推进器工作时的照片（来源：NASA/JPL-Caltech）

灵神星探测器是美国航天局十分重要的一项深空探测计划，原定于2022年7月发射，后由于软硬件延迟交付而被迫推迟。2023年10月10日至10月25日，新的灵神星发射窗口打开了。灵神星探测器将在2026年5月路过火星，并借助火星的“引力弹弓”效应得到提速，2029年8月它将进入灵神星轨道。

灵神星探测器轨道示意图（来源：NASA/JPL-Caltech）

参考资料：

[1] https://www.nasa.gov/missions/psyche-mission/6-things-to-know-about-nasas-asteroid-exploring-psyche-mission/

[2] https://science.nasa.gov/mission/psyche/spacecraft/[3] https://interestingengineering.com/science/asteroid-psyche-700-quintillion

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