NASA新雷達技術發現失蹤月球航天器

尋找地球軌道上的廢棄航天器和太空垃圾是一個技術挑戰，但是要找到在繞地月球軌道上的無疑更加困難。光學望遠鏡無法用於搜尋隱藏在月球亮面中的微小目標。不過，位於加利福利亞帕薩迪納市的NASA噴氣推進實驗室(JPL)的科學家提出了星際雷達的一種新型技術應用，能成功定位繞月航天器。這種新技術未來可以輔助月球任務規劃。

「我們已經能夠利用地面雷達檢測NASA的月球勘測軌道器(LRO)和印度太空研究組織的Chandrayaan-1航天器，」JPL的雷達科學家和該測試項目的首席研究員Marina Brozovic說道。「由於我們有LRO的導航器和精確地軌道數據，尋找LRO相對容易。但由於印度的Chandrayaan-1航天器在2009年8月失聯，要找到這個航天器就需要更多的檢測工作。」(譯者註：據維基百科，Chandrayaan-1是印度首個月球航天器，2008年10月22日當地時間6:22於金奈北部80km處發射，11月8日進入月球軌道，從此印度成為第四個探月國家。約1年以後，由於星敏感器失靈和絕熱板損壞等嚴重的技術問題，Chandrayaan-1於印度時間2009年8月29日1:30停止發送無線信號，隨後官方宣布任務結束。Chandrayaan-1運行了312天，未達到預期2年運行時間，但完成了95%的預期目標。其中，最重要的成果是發現了月球土壤中廣泛存在的水分子。)

Chandrayaan-1航天器非常小，大約相當於1.5米的立方體，也就是汽車的一半大小。因此，儘管星際雷達曾經被用於觀測地球幾百萬英里之外的小行星，研究者還是不能確定能否觀測到月球上的如此微小的目標。但最終結果證明了新技術的能力。

雖然都使用微波，但是不同的雷達發射器射程並不相同。尋常警用雷達槍只有大約1英里的有效距離，但空中交通管制雷達可達到60英里遠。為了找到38萬千米之外的航天器，JPL團隊使用NASA的戈德斯通深層空間通信中心的70米長天線向月球方向發射強力的微波微博束，隨後位於西弗吉尼亞州的100米格林·班克望遠鏡接收從月球軌道返回的雷達回波。

由於月球上密布質量密集的物質孔洞(高於平均萬有引力的區域)，隨時間推移影響航天器的軌道甚至導致墜落，因此尋找失聯1年的廢棄航天器十分困難。JPL的軌道計算顯示，雖然由於失去無線信號聯繫，Chandrayaan-1已被認為失蹤，但其實仍然在月球上空約200千米的軌道上運行。由於該航天器位於極軌道，因而在某些時段總會經過月球的極地上空。因此，在2016年7月2日，研究團隊調整戈德斯通和格林·班克望遠鏡，對準月球北極上空160千米附近，等待航天器經過雷達束。預先計算表明，Chandrayaan-1環繞一周用時2小時8分。經過等待，研究團隊在4小時觀察中根據雷達信號發現確實有一個類似於小型航天器的物體經過雷達束，兩次發現的間隔時間也正好等於Chandrayaan-1繞行一周所需時間。

研究團隊根據返回信號數據估計其速度和目標距離，並據此更新Chandrayaan-1的預測軌跡。「我們發現需要將Chandrayaan-1的位置偏移180度，或者說與2009年的軌道估計相差半個周期。」JPL的太陽系動態小組的主管Ryan Park說道，「但另一方面，Chandrayaan-1的軌道形狀和軌跡仍然與我們的預期相符。」

在隨後的三個月中，團隊進行了多次實驗，接收到了7次來自該航天器的雷達回波，完美符合新的預測軌跡。其中某些實驗利用了波多黎各的阿雷西博天文台，其中配備有地球上功率最大的天文雷達系統。

搜尋LRO並重新發現了Chandrayaan-1航天器是一項獨特的新技術的應用起點。阿雷西博、戈德斯通和格林·班克的協同運作證實了檢測和跟蹤月球軌道上小型航天器的可能性。地面雷達在未來的機械和人類對月任務中將起到一定的作用，比如作為碰撞風險評估工具或者航天器遇到導航或者通信問題時的安全機制。