追蹤一枚失控的太空火箭到月球上一個神秘的隕石坑 _太空

在這張由嫦娥5-T1任務(wù)的繞月艙拍攝的照片中，可以看到月球的遠(yuǎn)端，背景是遙遠(yuǎn)的地球。鳴謝:中國國家航天局和中國科學(xué)院
據(jù)亞利桑那大學(xué)（丹尼爾·斯托爾特）：2022年3月，一枚太空火箭的一個廢棄部分投擲到月球表面，并在赫茨普龍隕石坑附近撞擊，這是月球背面的一個巨大撞擊特征，從地球上永遠(yuǎn)無法直接看到。
奇怪的是，與其他任何最終出現(xiàn)在月球表面的太空硬件不同，根據(jù)亞利桑那大學(xué)工程學(xué)院航空航天和機(jī)械工程系的博士生、該研究的第一作者坦納·坎貝爾(Tanner Campbell)的說法，它留下了不止一個而是兩個隕石坑，引發(fā)了人們對它最終在月球表面找到落腳點的猜測。
在《行星科學(xué)雜志》上發(fā)表的一篇論文中，UArizona的一組研究人員提供了確鑿的證據(jù)，證明該物體是中國太空火箭的助推器，該火箭在太空中翻滾了數(shù)年。這項研究還發(fā)現(xiàn)，廢棄的火箭級可能攜帶了一個未披露的額外有效載荷。
月球?qū)λ^的高科技垃圾并不陌生——宇宙飛船結(jié)束太空之旅后撞擊月球的殘骸。美國國家航空航天局阿波羅任務(wù)中的幾個火箭助推器只是未來宇航員在探索寒冷、安靜和無空氣的月球景觀時可能會遇到的太空硬件的幾個例子。
七年前，由UArizona領(lǐng)導(dǎo)的卡特琳娜巡天計劃(Catalina Sky Survey)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一個在地球和月球之間快速移動的物體，該計劃是世界上領(lǐng)先的計劃之一，旨在探測和研究可能對地球構(gòu)成威脅的小行星。他們將其命名為WE0913A ，但其身份不明。
根據(jù)其在天空中的路徑，WE0913A最初被認(rèn)為是2015年發(fā)射的太空探索技術(shù)公司獵鷹9號火箭助推器，其軌跡使其踏上了撞擊月球的道路。學(xué)生團(tuán)隊建造的Raptor望遠(yuǎn)鏡的初步觀察和光譜分析很快跟蹤到了從物體表面反彈回來的精確光信號。
他們得出結(jié)論，WE0913A的光反射特征和它在太空中的移動方式更有可能是嫦娥5-T1的助推器，嫦娥5-T1是2014年發(fā)射的火箭，是中國航天局月球探測計劃的一部分。雖然中國航天局聲稱火箭助推器在重返地球大氣層時燒毀，但美國太空司令部證實火箭第三級從未重返地球大氣層。
嫦娥5-T1是一個實驗性的機(jī)器人航天器，搭載在長征3C火箭上，旨在為將月球土壤樣本帶回地球的任務(wù)進(jìn)行演練。該火箭的第三級也是最高一級是后來被卡特琳娜巡天計劃確認(rèn)為WE0913A的物體。助推器提供的推力將有效載荷推向繞月軌道。一旦用完，它就丟棄軌道模塊和樣本返回艙，然后留給自己的設(shè)備，這是火箭助推器完成任務(wù)后的典型程序。
雖然火箭助推器太小，即使是高倍望遠(yuǎn)鏡也無法分辨，但觀測結(jié)果顯示了一條由旋轉(zhuǎn)引起的明亮和暗淡的特征光線曲線。
“當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時，隨著可見表面積的變化，我們看到它反射的右側(cè)光線發(fā)生變化，”烏里佐納月球和行星實驗室的行星科學(xué)教授兼Space4中心主任Vishnu Reddy說。雷迪是這篇論文的合著者之一，也是坎貝爾的共同顧問。“當(dāng)火箭寬的一面對著你時，你得到更多的光，當(dāng)它轉(zhuǎn)動時，你從那一面得到的光就少了。”

美國國家航空航天局的月球勘測軌道飛行器拍下了這張錯誤的火箭級撞擊赫茨普龍環(huán)形山附近的月球表面時留下的雙環(huán)形山的照片。撞擊點最大跨度約為92英尺。比例尺等于164英尺。學(xué)分:美國國家航空航天局/GSFC/亞利桑那州立大學(xué)
通過將光變曲線數(shù)據(jù)與數(shù)千個漂浮在太空中的假設(shè)物體的計算機(jī)模擬進(jìn)行比較，該團(tuán)隊能夠確定WE0913A不是火箭助推器所期望的。
坎貝爾說:“只要受到來自地球和月球的引力以及來自太陽的光的影響，就存在于太空中的東西。”“所以你會覺得它會有點搖晃，尤其是當(dāng)你想到火箭主體是一個巨大的空殼，一側(cè)裝有重型發(fā)動機(jī)的時候。但這只是以一種非常穩(wěn)定的方式首尾相接地翻滾。”
換句話說，火箭助推器必須有某種平衡物來平衡兩個引擎，每個引擎在沒有燃料的情況下重1200磅。
坎貝爾說:“我們知道助推器頂端安裝了一個儀器面板，但那些只有大約60磅重。”“我們進(jìn)行了扭矩平衡分析，結(jié)果顯示這個重量會將火箭的重心移動幾英寸——這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以解釋它的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn) 。這讓我們認(rèn)為一定有更多的東西安裝在前面。”
進(jìn)一步的線索來自撞擊本身:當(dāng)火箭助推器撞上月球時，它造成了兩個隕石坑，相距約100英尺，而不是一個。根據(jù)坎貝爾的說法，這又是非常不尋常的，他指出阿波羅火箭留下的隕石坑要么是圓形的，如果撞擊器筆直落下，要么是橢圓形的，如果它以淺角度落下。
“這是我們第一次看到雙隕石坑，”他說。“我們知道，在嫦娥5號T1的情況下，它的撞擊幾乎是垂直向下的，為了得到這兩個大小差不多的隕石坑，你需要兩個彼此相距大約相等的質(zhì)量。”
這項研究表明了一種日益增長的需求:能夠在失效的空間硬件達(dá)到目的后對其進(jìn)行跟蹤，對于繼續(xù)進(jìn)行空間探索至關(guān)重要。為此，太空態(tài)勢感知的研究項目發(fā)揮了關(guān)鍵作用，據(jù)Space4的副主任兼坎貝爾的合作顧問羅伯托·弗法羅(Roberto Furfaro)說，UArizona的Space4中心是這一努力的一部分。
Furfaro是該論文的合著者，也是系統(tǒng)和工業(yè)工程系的教授。論文的其他合著者包括月球和行星實驗室的研究生亞當(dāng)·巴特爾和雷迪的實驗室經(jīng)理內(nèi)爾·皮爾森。
“政府和商業(yè)層面都在大力推動登月，”Furfaro說， “一旦你在月球上放置越來越多的物體，我們不僅要跟蹤物體，還要了解它們一旦到達(dá)那里會做什么，這變得極其重要。”
坎貝爾說，至于嫦娥5號T1火箭的額外有效載荷，它的身份很有可能保持神秘。
“顯然，我們不知道它可能是什么——可能是一些額外的支撐結(jié)構(gòu)，或額外的儀器，或其他東西，”他說。“我們可能永遠(yuǎn)也不會知道。”