《Acta Astronautica》：The ANIME mission concept: Exploring three near-Earth asteroids with a CubeSat
编辑推荐：
ANIME任务由意大利航天局资助，计划通过12U CubeSat探测器对近地小行星进行探测，包括两次潜在危险小行星的飞掠和一次与40米级小行星2000 SG344的近距观测，以研究其内部结构和表面地质特征，同时支持行星防御和太阳系演化研究。
Davide Perna|Alberto Fedele|Lorenzo Casalino|Stavro Ivanovski|Michèle Lavagna|Maurizio Pajola|Marco Zannoni|Enrico Belloni|Daniele Brienza|Massimiliano Bussolino|Marco Cicala|Francesco Dazzi|Francesco De Cecio|Elisabetta Dotto|Simone Ieva|Edoardo Gramigna|Riccardo Lasagni Manghi|Alice Lucchetti|Fabrizio Maccari|Paola Manzari|Paolo Tortora
INAF – 罗马天文台，Via Frascati 33，00078，Monte Porzio Catone，意大利
摘要
“小行星节点交叉多次相遇”（ANIME）任务旨在通过一个创新的12单元立方体卫星（CubeSat）探索三颗近地小行星。该卫星是在意大利航天局（ASI）的Alcor小型卫星计划下开发的。2024年，该任务成功完成了为期8个月的A阶段研究，证明了其可行性。ANIME的基本任务包括飞掠两颗潜在危险小行星（PHAs），以及与直径40米的2000 SG344小行星会合——这颗小行星对科学研究和行星防御都具有重要意义。任务的科学目标在于研究这些尚未被探索的十米级小行星的物理特性，包括内部结构、自转状态和表面地质情况，这些对于理解行星体的形成过程至关重要。收集的数据还将有助于精确确定轨道并改进撞击模型，从而为行星防御提供支持。科学载荷包括一个主多光谱光学仪器和一个用于成像的三波段光学仪器，此外还有一个X波段应答器用于无线电科学研究。可行性研究的主要结果涵盖了系统架构、行星际轨道设计、科学回报和操作概念。研究考虑了2029-2033年间的发射窗口。这些结果展示了ANIME在解决小行星科学和行星防御领域基本问题方面的能力。
引言
近地小行星（NEAs）对行星科学和行星防御都具有重要意义，因为详细了解它们有助于更好地理解太阳系的形成和演化过程，以及制定有效的应对潜在撞击体的策略。像立方体卫星这样的小型太空任务可以提供一种灵活且经济高效的方法来收集这些天体的关键数据（例如[1]）。
“小行星节点交叉多次相遇”（ANIME）任务是在意大利航天局（ASI）的Alcor1小型卫星计划框架内进行的[2]。这个12单元的行星际立方体卫星概念在2024年成功完成了8个月的A阶段研究，证实了其可行性。ANIME任务的设计目标是探索小行星在其轨道节点处多次相遇的情况。任务的基本内容包括飞掠两颗潜在危险小行星（PHAs）2，以及与一颗直径约数十米的小型NEA会合。
这一研究重点关注的是直径小于约100米的小行星的内部结构，这一尺寸范围目前尚未被太空任务探索过，因此在了解早期太阳系演化方面存在重大空白。除了ANIME任务外，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的Hayabusa2#任务预计将在2031年对1998 KY26小行星进行首次原位探测[3]。在这个尺度上，行星体形成的物理机制仍不甚清楚。当碰撞粒子的大小接近米级时，行星体的增长效率会显著降低：结合能减小，而相对速度增加，使得引力吸引或内聚力都不足以解释厘米级颗粒如何聚集形成千米级天体。已经提出了几种机制来克服这些物理障碍，包括原行星盘内的流动和引力不稳定性，这些机制基于不同的湍流强度和固气耦合假设（例如[4]、[5]、[6]）。在这种情况下，对十米级小行星进行原位探测对于确定这些天体是整体连贯的还是由松散堆积的碎片组成至关重要。了解这些小天体的机械结构有助于理解在低重力环境下的内聚机制——这种条件在行星体形成早期非常普遍。
这些知识对于任务规划、小行星偏转策略和撞击风险评估也具有实际意义，特别是考虑到小型NEAs在撞击风险中的不可忽视的作用。虽然PHAs在撞击时可能造成大规模破坏，但较小的天体同样值得关注，因为它们具有最高的撞击概率，并可能在局部或区域范围内引发灾难（例如[7]）。事实上，在撰写本文时（2025年7月），欧洲航天局（ESA）风险列表中排名前十的小行星中有八颗的直径估计小于或等于60米。
因此，ANIME任务的目标选择基于它们独特的物理和轨道特性，这使得它们在科学研究和行星防御方面都具有吸引力。对这些目标的了解也将有助于理解未来的资源利用方案。特别是，基线会合目标被确定为2000 SG344，其直径约为40米（绝对星等H=24.7）。这颗小行星在JPL4和ESA的风险列表中排名较高，表明在未来一个世纪内它有多次可能与地球相撞的可能性，同时它也适合未来的人类探索5。实际上，由于其轨道特性和科学价值，2000 SG344之前已被多项任务研究作为潜在目标（例如[8]、[9]、[10]）。
除了推动行星科学和支撑行星防御外，ANIME任务还将验证用于深空操作的关键立方体卫星技术。该任务预计将在2029至2033年间发射。在接下来的部分中，将描述A阶段研究的主要结果，包括系统架构、任务设计和科学能力。
系统设计与工程
根据A阶段研究，ANIME卫星基于标准的12单元（12U）立方体卫星平台，尺寸约为20 × 20 × 30厘米，并进行了一些定制，包括折叠太阳能翼和辅助推进喷嘴的凸起部分。该设计利用了商用现成组件，充分利用了立方体卫星标准的模块化和灵活性，大多数组件的技术成熟度（TRL）在地球轨道环境中为9级。
行星际轨道与任务设计
最终会合的目标确定为2000 SG344小行星。选择这一目标的原因在引言中已经提到，包括其大小、风险分类和可接近性。然而，任务设计具有很大的灵活性：如果由于任何原因无法到达该目标，可以选择另一颗大小和兴趣相似的小行星。值得注意的是，任务方案已经证明足够灵活，可以扩展到其他目标。
成像科学
两个飞掠目标PHAs将使用主光学仪器以十米级分辨率进行成像。这将有助于研究它们的撞击坑大小-频率分布，从而推导出表面年龄，以及巨石的大小-频率分布，以分析形成和退化过程。基于纹理和颜色的详细地质分析将有助于判断它们是碎片堆积还是整体连贯的结构（例如[14]）。辅助光学仪器也将用于成像。
结论
ANIME卫星计划于2029至2033年间发射，执行与两颗PHAs的飞掠以及与直径40米的“高撞击风险”小行星2000 SG344的会合。未来研究阶段可以轻松更新需要访问的NEAs的选择，尤其是考虑到当前和预计的NEAs发现数量呈指数级增长。这种内在的灵活性使任务方案能够适应发射日期或特定任务要求的限制。
CRediT作者贡献声明
Davide Perna：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，项目管理，资金获取，概念构思。Alberto Fedele：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理。Lorenzo Casalino：撰写 – 初稿，监督，资金获取，概念构思。Stavro Ivanovski：撰写 – 初稿，监督，资金获取，概念构思。Michèle Lavagna：撰写 – 初稿，监督，资金获取，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本项工作由意大利航天局（ASI）在Alcor计划下资助，作为ANIME任务开发的一部分，合同编号为2023-18-I.0。
