深度撞击

深度撞击号（DeepImpact）是美国国家航空航天局的彗星探测器，设计用于研究坦普尔1号彗星核心的成分。探测器于2005年1月12日成功发射，于同年7月3日释放撞击器，并于2005年7月4日05时44分（UTC时间）成功撞击坦普尔1号彗星的彗核，地球在8分钟后接收到撞击事件的发生。任务吸引了公众媒体、科学家和业余天文爱好者的广泛关注。在主要探测任务结束后，深度撞击号被EPOXI任务用于研究地外行星和哈特雷2号彗星。

名称：深度撞击探测器

制造商：巴尔航天公司

发射日期：2005年1月12日

首次轨道发射：2005年1月12日

发射地点：佛罗里达州，卡纳维拉尔角

轨道：太阳轨道

运载火箭：德尔塔Ⅱ7925

结构尺寸：3.3米×1.7米×2.3米(飞越飞行器)，1米×1米(撞击探测器)

1、简介

深度撞击

“深度撞击”是NASA设计的通过使用撞击探测器撞击彗核来调查研究坦普尔彗星的探索计划的第八次任务。NASA的此项彗星探测计划共耗资3亿多美元，它是人类历史上第一个实际接触并深入探索彗星的空间计划。该任务的规划者也作出应急计划，选出6个替代彗星。一旦错过“坦普尔1号”，“深度撞击”还可以瞄准其他目标。

2、撞击任务

撞击目的

深度撞击

彗星是太阳系最古老的原始天体，它由水冰、二氧化碳冰、甲烷冰和大量尘埃、岩石物质组成，并含有丰富的有机物质。天文学家推测，在46亿年前太阳系诞生之后的最初10亿年内，彗星对地球的频繁撞击给地球带来丰富的水和有机物，这些有机物在地球合适的环境下，逐渐演变成最原始的生命，从而促进了地球的演化。

科学家们希望通过对彗星的研究找到关于太阳系的一些线索，了解它的组成，它的进化。另一方面，为避免有朝一日外星天体撞击地球，如能详细掌握彗星内部实际情况，将帮助科学家制定出切实可行的抵御方案，以消除彗星或小行星等太空陨石体撞击地球的潜在危险。

但截至21世纪初，人类对彗星的了解还比较少，主要停留在对其表面物质的认识上。

一直以来，科学界都在开展着各种各样的研究工作，天文学家正积极跟踪那些已知将接近地球的各类宇宙天体，以期能及早做好准备，防止这些潜在的灾难事件发生。1996年，美国3位科学家德拉美尔、白勒顿和赫恩向美国宇航局提出了撞击彗星计划，以揭开彗星内部的秘密。在改进撞击舱的导航系统后，这项计划于1999年11月1日启动。

2005年1月12日，价值3.3亿美元“深度撞击”号宇宙飞船成功发射，在4.31亿公里的太空飞行后，它所发射的撞击舱将于7月4日撞击坦普尔一号彗星的彗核。这是人类历史上史无前例的“炮轰”彗星太空实验。

撞击对象

坦普尔一号彗星是在1867年被发现的，绕太阳运行一圈需5.5年。之所以选它作为实验对象，主要是因为：

人类对其已有100多年的了解，比较熟悉它的情况；

该彗星正处于中年时期，有代表性；

这颗彗星可以飞到离地球比较近的地方，撞击后适宜地球上的公众进行观测；

另外，它所处的位置相对合适，深度撞击号所发射的“炮弹”能在较短的时间内“打中”它。

3、计划步骤

深度撞击

“深度撞击”号探测器经历了辛勤的“太空跋涉”，主要包括以下四个步骤。

步骤一

2005年1月12日，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角航空站，“深度撞击”号彗星探测器搭乘“德尔塔II”型火箭成功进入太空。升空35分钟后，探测器脱离火箭，进入预定轨道，展开并固定太阳能电池板，开始向自己的目标彗星进发。

步骤二

在之后的几个月中，“深度撞击”号探测器一直在进行太空飞行，离“坦普一号”彗星越来越近了。2005年6月，“深度撞击”号还观测到了“坦普一号”彗星上冰雪喷发的奇景。6月23日，“深度撞击”号进行了一次轨道调整，继续向“坦普尔1号”彗星急速飞去。7月2日下午，探测器再次进行轨道调整。

步骤三

7月3日，“深度撞击”号彗星探测器的母船成功释放出撞击器。

步骤四

7月4日，“深度撞击”号彗星探测器成功击中目标，与“坦普一号”彗星顺利相撞。

4、结构特点

飞越探测器

深度撞击

飞越探测器3.2米长、1.7米宽、2.3米高，包括两块太阳能电池板、一个碎片盾以及数个科学仪器。科学仪器分别用于成像、红外光谱探测和靠近彗星的光学导航。科学仪器的质量为90千克，在相遇时消耗的功率达到了92瓦。为了使飞越探测器保持三轴稳定，它还装备有一个联胺推进器，可以提供5000牛·秒的总冲量，燃料质量占到了86千克。

NASA为“深度碰撞”任务设计的探测器飞越舱约有一辆轿车大小，带有高、中分辨率成像设备，一个红外线光谱仪，以及一套光学导航装置等。在撞击发生后，飞越舱对“弹坑”和彗星内部物质的碎片同时使用光学成像和红外线频谱扫描。

撞击器

此次实行撞击任务的彗星撞击器只有茶几大小，材质主要是铜，其目的是不会在撞击后混淆彗星的组成，因为彗星的成分中不含铜元素，这样科学家能够更容易地区别检测出彗星成分。撞击器其实本身也是一部电池能源的探测器。不过由于属于“一次性”物品，因此它的软件和硬件设施比较飞越舱而言简单了许多。撞击器仅仅会占用探测器极少部分的备用系统。

通讯方式

探测器的飞越舱使用34米长的X波段无线电与地球和撞击器保持通讯。在多数任务中，探测器主要与地球NASA外层空间网络进行驳接。而当撞击器撞上彗星的小段时间内，由于探测器记录的数据急速增加，其信号将向地球各个重叠天线传输。探测器上的初始数据将立刻被传输至地面，随后的数据将在一个星期内传输完毕。

飞越探测器和撞击器之间则以S波段沟通，上行速度为125比特/秒，下行速度达175比特/秒。飞船获取的科学数据存储在两台互为备份的RAD750型电脑之中，这种电脑以IBM的PowerPC750为基础，经过了防辐射处理以防御宇宙射线，它们各拥有309兆字节的空间。

两颗飞行器都被设计成执行机载自主导航。在撞击前两小时，它们的“antonav(自主导航)”软件开始以15秒的间隔拍摄照片。撞击探测器的推进器很好地调整了它的飞行路径，所以撞击发生在了飞越飞行器卡尖的彗星日出面。

5、任务过程

升空日程

深度撞击号发射

2004年10月23日，探测器被运抵佛罗里达肯尼迪航天中心，进入测试阶段。探测器将接受飞行系统、投掷系统以及辅助科研系统的仪器装备和备用系统电脑软件等方面的检测。

2004年12月17日，德尔塔2型运载火箭完成最后改装调试工作。

2004年12月19日，火箭开始加注燃料，并于22日结束。

2004年12月28日，探测器开始安装高灵敏通讯天线和太阳能接受器以及摄影设备。

2004年12月28日，肯尼迪发射中心17-B发射塔进行模拟发射测试，控制台系统的检测工作于29日完成。

2004年12月30日，德尔塔2型火箭的整体飞行测试完成。

2005年1月3日，深度碰撞探测器运抵发射塔，与德尔塔火箭进行连接安装。

2005年1月7日，德尔塔2型火箭加装有效负载装备。

2005年1月12日，德尔塔2型火箭运载“深度碰撞”探测器升空。

巡航阶段

“巡航阶段”在2005年3月25日试运行阶段结束后马上开始，此阶段持续了60天直到靠近坦普尔1号彗星。4月25日探测器在6400万千米之外获取到彗星的第一张照片。

5月4日，探测器进行了其第二次轨道修正。在火箭引擎工作95秒后，探测器的速度改变了18.2千米/小时。美国航天局喷气推进实验室的该项目负责人里克·格莱美尔（RickGrammier）评论这次轨道修正说“探测器状态好极了，这次点火一丝不差，堪称范本”。

抵达阶段

抵达阶段是交会前60天到前5天的时期。60天是深度撞击号探测器的高解析度相机预期能够探测到彗星的最早时刻。实际上探测器在撞击前69天就已经提前于计划捕捉到彗星了。该里程碑标志着一个密集获取彗星轨道、研究彗星自转、活动和尘埃环境时期的开始。

6月14日和22日，深度撞击号探测到彗星的两次爆发活动，其中的后者比前者大6倍。探测器根据不同距离的恒星的影像确定它当前的轨道和位置。

6月23日，最后倒数第二次的轨道修正成功取消。以6米/秒的速度变化足以调整抵达彗星的飞行路径，使撞击器的目标限制在100千米宽的窗口内。

撞击过程

深度撞击

美国太空总署NASA在2005年1月12号成功发射用于研究坦普尔1号彗星的深度撞击号（DeepImpact）至太空，其释放出的撞击器在同年7月4号美国独立日成功撞击该彗星，为美国研究太阳系的演化留下数据纪录。

按照计划，撞击器将迎头撞向坦普尔1号彗星。撞击发生在7月4日05:45UTC（地面时间05:52UTC，误差小于3分钟，单程通信时间为7分26秒），与预定撞击时间相差不到1秒：

北京时间7月4日12时20分左右，“深度撞击”撞击器进行了第一次发动机点火调整，调整持续了约20秒，目的是为了能够更准确地“瞄准”彗星。

北京时间4日13时17分左右，“深度撞击”撞击器成功完成第二次发动机点火调整。

北京时间13时39分是最后一次轨道调整。此时，撞击器上的摄像机不断地向地面控制中心发回高清晰度的照片。这些照片清楚地显示，神秘的彗星上遍布冰隙，冰脊和冰川模样的地貌。

北京时间4日13时52分左右，“深度撞击”撞击器成功与“坦普一号”彗星发生相撞，比预定时间提前2分钟，整个过程持续了3秒7。

撞击器在撞击前的3秒发回了影像资料。大部分的数据存储在飞越探测器上，在接下来的数天内，地球一共接收到HRI、MRI、ITS相机拍摄的约4,500张照片。撞击产生的能量接近引爆5吨TNT炸药，使得彗星比平时要亮6倍。直到撞击后的5分钟，即美国东部时间01:57（06:57UTC），任务控制才宣告成功。

事先预测，撞击会造成彗核表面的冰雪、尘埃等溅起，好比在太空中放出一个大“焰火”，事实比预测的要壮观——撞击时，彗星下半部分喷发的物质非常高，原来看到是一个非常小的一个核，撞击以后，整个抛射物非常高、非常大，让观看的人想起了蘑菇云。

6、撞击结果

深度撞击号和星尘号拍摄的照片对比，右图可以看到撞击产生的坑洞。

在UTC时间2005年7月4日08:00公布的撞击后简报中展示了第一张处理过的彗星撞击坑图像。NASA科学家声称他们看不到撞击后形成的撞击坑，但之后发现撞击坑直径100米，深30米。任务的合作研究者之一露茜·麦克法登（LucyMcFadden）说：“我们事先没有预料到任务成功的一部分（明亮的尘埃云）会影响另一部分（看见生成的撞击坑）。但遇到没有预见的事情，这就是科学之所以有趣原因之一”。雨燕卫星的数据分析显示彗星持续释放了13天的气态物质，在撞击后第5天达到巅峰。撞击使得彗星一共失去500万千克的水以及1000万到2500万千克的尘埃。

初步的分析结果表明彗星含有比预期中更多的尘埃以及更少的冰，这让研究者感到惊讶。天文学家能够明确排除的彗星模型只有会使彗星变得松散的多孔模型。另外，构成彗星的材料颗粒更加细小，科学家们把这比作滑石粉而不是沙子。其他在撞击光谱中发现的成分有粘土、碳酸盐、钠以及硅酸盐结晶。粘土和碳酸盐需要液态水才能形成，而钠在太空中很罕见。同时观测显示彗星大约75%的体积都是空的，有天文学家把彗星的外表面的组成比作防雪堤。天文学家还表现出对不同彗星的兴趣，确定它们是否有类似的组成或在太阳系形成时期产生的存在于彗核深处的不同材质。

基于对彗星内部化学的分析，天文学家推测该彗星可能形成于天王星和海王星之间的奥尔特云。在远离太阳的地方形成的彗星有更多的低凝固点冰，如出现在坦普尔1号彗星内的乙烷。与坦普尔1号彗星有着类似成分的彗星，很可能与之形成于同一区域。

由于深度撞击号任务拍摄的照片质量不尽如人意，2007年7月3日，NASA批准了坦普尔1号新探测任务（NewExplorationofTempel1，缩写为NExT）。该任务利用了2004年探测过怀尔德2号彗星的星尘号探测器。

2011年2月15日04:42（UTC时间），进入新轨道的星尘号离坦普尔1号彗星只有约200千。这是人类首次对一颗彗星进行重访，为研究深度撞击号的产生的撞击坑、以及最近一次彗星接近太阳的变化提供了绝佳的机会。

2011年2月15日，NASA的科学家从星尘号拍摄到的照片中分辨出了深度撞击号产生的撞击坑。坑洞直径估计约150米，在中心有明亮的中心山，很有可能是深度撞击号的铜制撞击器撞入后形成的。

7、科学意义

彗星彗核的内部保存了彗星形成和演变过程的重要信息，对于研究彗星乃至整个太阳系的起源和演变都是非常重要的。这次人类亲密“接触”彗星，不仅能首次获取大量彗核碎片样本，为人类探索太阳系起源提供新的线索，而且还能为地球避免与小天体相撞提供有用的数据，是人类迈向太空走向宇宙的重要一步。