骨子里隐敝太空应战考量,进步级小学行星探测

来源:http://www.lfzhongying.com 作者:盖世电竞竞猜 人气:132 发布时间:2020-05-06
摘要:580)this.width=580;" onclick="window.open(this.src);"src="_001/2012/03/23_10_23_24_AB.jpg" border=0 据《每日邮报》北京时间6月21日报道,美国政府将强化保护地球避免受到小行星撞击的努力。小行星撞击地球

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据《每日邮报》北京时间6月21日报道,美国政府将强化保护地球避免受到小行星撞击的努力。小行星撞击地球,可能摧毁地球上的某一地区,甚至某个大洲。

上周,在美国马里兰州召开的第六届行星防御会议上进行了一场小行星防御演习。美国宇航局下属喷气推进实验室虚构了一颗可能在2027年4月29日撞击地球的小行星(代号2019PDC),由来自NASA、美国联邦应急管理局、欧洲航天局等机构的专家团队负责迎战小行星,以拯救人类。

据美国媒体近日报道,美国喷气推进实验室近地天体观测项目负责人唐纳德-姚曼斯称,直径在140米左右的近地小行星“2011 AG5”有可能于2040年2月5日与地球相撞,概率为1/625。虽然它的体型不大,但是一旦与地球发生碰撞,带来的破坏力将是巨大的。

当地时间星期三,美国国家科学技术委员会发表了一份长达20页的报告,呼吁提高小行星探测、追踪和摧毁能力。

最后的结果是,虽然人类采用动能撞击法将2019PDC撞碎,但一块60米左右的碎块仍在飞向地球,将其“核爆”摧毁的应急方案则无法执行,专家团队只好进行“B计划”,着手评估撞击结果,制定疏散方案。

小行星撞地球历史上确曾发生

由美国航空航天局、联邦应急管理局和白宫支持的这一计划,目标是在未来10年协调探测、应对小行星威胁的努力。

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在2012年1月27日,曾有一颗公共汽车大小的小行星与地球擦肩而过,距离地球最近时只有6万千米。这颗名为“2012 BX34”的小行星位列20颗最接近地球的小行星之首。尽管它没有对地球造成威胁,但再次向地球人敲响了警钟,要加速研究如何防止近地小行星撞击地球的方法和技术了,因为小行星撞击地球是世界上四大突发巨大灾难之一,早晚有一天会发生。

NASA解释称,近地天体包括距离地球距离不到3000万英里的所有小行星和彗星。

随着科技的进步,如何主动防御小行星碰撞地球也成为了各国关注的重点。

历史上可能曾发生过多次小行星撞地球的事件。例如,恐龙可能是在一颗小行星撞上地球后的几周内全部死亡的。2002年6月6日,一颗直径约10米的小行星坠入地中海,它在大气层中引爆燃烧时释放出的能量大约相当于2.6万吨三硝基甲苯(黄色炸药),与中型核武器爆炸释放的能量相当。2008年,一颗直径只有几米的小行星坠落到了苏丹,碎片散落到了努比亚沙漠。1994年7月16日至22日,一颗名为苏梅克-列维9号的彗星与木星迎头相撞,这是人类史上第一次直接观测到的天体相撞。

虽然一颗小行星与地球相撞的概率可能相当低,但造成的后果却是灾难性的。

主动防御小行星威胁并非“杞人忧天”

直径大于1千米的小行星,撞击地球的能量相当于几百倍全地球核武库的核弹爆炸的能量。它撞击地球后会诱发地球气候、生态与环境的剧烈灾变,导致地球上许多物种的灭绝。地球在历史上遭受过频繁的小行星撞击,地球表面残存的100多个大型撞击坑就是证据。

目前,科学家尚不知道有小行星或彗星可能与地球相撞。但有小行星可能在偷偷接近地球,这也是政府希望制定更好计划的原因。

此次演习虽然只是虚构,但小行星防御问题并非只是科幻故事。一般而言,如果小行星轨道与地球轨道的最小距离小于0.05 AU(注:AU是天文单位,一个天文单位距离约为1.5亿公里),就认为是有潜在碰撞风险的小行星。目前已被确认的超过1.6万颗近地天体中1838颗被认为具有“潜在危险性”。小行星的碰撞可能带来十分严重的后果。据估算,直径为10至50米的小行星撞击地球,即可产生像关岛核弹爆炸一样的威力;直径在100米以上的小行星,就能产生几百万吨级核弹的破坏能量。广为熟知的造成恐龙灭绝等灾难的原因很可能就是由于小行星与地球碰撞。2013年2月15日俄罗斯车里雅宾斯克上午9时15分发生了一次陨石雨事件。陨石进入大气层留下大约10公里长的轨迹。据俄罗斯媒体报道,该次事件中有1500人受伤,1000多间房屋受损。

据天文学家研究认为,直径大于1千米的小行星撞击地球的概率为每10万年1次。而直径接近10米的天体撞上地球的概率仅为每3000年一次。一些科学家认为,小行星撞地球的风险被严重低估了。科学家估计,即使是一颗直径仅200米的小行星撞向地球,就足以毁灭地球上的一个国家。

负责保卫地球的NASA官员林德利·约翰逊表示,科学家已经发现了95%的直径在1公里或更大的近地天体。

以前,防御小规模碰撞事件主要采取地面人防工程和躲避等被动方式,但随着科技的进步,如何主动防御小行星碰撞地球也成为了各国关注的重点。如在2018年8月,美国白宫科技与政策办公室联合美国家科学与技术委员会发布“国家近地天体预防战略与行动规划”,对未来10年如何防御可能撞击地球的近地天体,以及一旦撞击如何开展救灾等工作从国家层面进行顶层谋划,并提出通过诸如提高近地天体探测跟踪能力、提高近地天体威胁的建模预测能力、研发偏转或破坏近地天体技术等5个战略目标来提高预防近地天体撞击地球的能力。

世界多国积极监测近地小行星

但他们仍然在探测其余5%在1公里及以上的近地天体,以及仍然能造成重大破坏的更小的近地天体。

小行星主动防御技术存在空天战争潜力

小行星撞击地球可使人类遭受灭顶之灾。所以,许多国家都在积极监测近地小行星。

报告确立了降低小行星撞击地球威胁的5个战略目标,其中包括探测和追踪近地天体的更好方法、改进的模型、近地天体摧毁技术的开发、更多的国际合作和应急程序的制定。

表面看来,小行星主动防御涉及天文和防灾等领域,但其与空天战争有很多的相通之处。从宏观上说,防御小行星撞击地球与防御他方非合作太空目标并与太多本质差别。从微观上说,想如果能够跨越上亿公里以外的小行星进行发现、追踪、监视,并发射航天器抵近、绕飞、撞击、着陆、采样、返回、乃至推离和摧毁,那么同样的手段更加可用于应用到距离更近的人造卫星或其他航天器上。目前主动防御小行星主要有3种设想:用长期作用力来改变小行星轨道、利用动能撞击改变小行星轨道、核爆炸。这些都具备太空军事应用潜力。

根据美国国会1998年的一项决议,美国航空航天局实施名为“太空卫士”的计划,力求定位地球周边90%以上直径不小于1千米小行星的运行轨道,并确认哪些小行星可能会对地球造成威胁。“太空卫士”计划已经完成,地球周边约有1000颗符合上述条件的小行星,其中93%已被定位。

▲2013年2月15日,一颗陨石在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸

用长期作用力来缓慢改变小行星轨道有很多手段,包括太空拖船、引力拖车、用挖掘机使小行星抛出质量、用强激光照射改变小行星表面蒸发量、用表面喷漆等手段改变光压力等。这其中以美国的“小行星重定向计划”最具代表性。美国宇航局从2013年起,开始实施一项名为“小行星重定向任务”的小行星捕捉计划。该计划发射无人飞船与小行星交会并对其予以捕获,并设计了两个方案,一是设想使用一种呈圆筒形的高强度的软式充气袋,捕获一颗体积较小的完整小行星。二是从一颗大型的小行星表面抓取一块2~4米宽的大卵石。当无人飞船将捕获到的小行星拖送到月球附近时,航天员将乘坐“猎户座”多用途飞船奔赴月球远程逆行轨道,出舱对小行星进行直接观察研究和采样,并带着样品返回地球。虽然美国政府在2017年初宣布计划取消“小行星重定向任务”,但是该项目研发的一些关键技术将为其他应用保留。

美国目前主要用PS1天文望远镜负责监视地球附近直径300米到1千米的小行星。该天文望远镜每隔30秒就会对36个月球大小的天空范围拍摄一张1400兆像素的照片,每天夜里收集的数据足以装满1000张DVD,而每张照片都可以打印成一张足以覆盖半个篮球场的300-dpi图片。2009年,美国发射了“广域红外探测器”(WISE)空间望远镜,用于搜寻宇宙中尚未被发现的天体,其中包括可能对地球构成威胁的小行星和彗星。

约翰逊说,“我们国家已经拥有与防止小行星与地球相撞相关的科学、技术和执行能力。执行这一计划将使我们做好应对潜在的小行星撞击地球的准备工作,加强国际间的合作。”

不难看出,缓慢改变小行星轨道技术与共轨反卫技术类似。共轨式反卫技术是指将拦截平台送入目标卫星的轨道平面,然后对目标卫星进行破坏。以前航天飞机这类飞行器可以用机械手将对方的卫星拖入舱内带回地面,或直接在太空进行符合己方意愿的改造,这与将小行星捕获后带回地球附近简直如出一辙。

2001年,英国成立了专门研究近地小行星和彗星等天体与地球相撞几率的研究中心,以便为公众提供准确客观的信息。该中心的任务包括:提供近地天体的数量和位置的资讯,评估它们撞上地球、造成灾害的几率等。

今年早些时候,有消息称科学家在调查利用特制航天器对可能与地球相撞的近地天体实施核爆炸的可能性。

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据美国今日航天网2011年10月18日透露,日本已经对公众发布了世界上最大的太阳系小行星数据库,数量超过50万颗。这些数据由2006年发射的“光”卫星获取,其中5120颗小行星的体积数据较为准确。

科学家表示,虽然利用撞击器撞击近地天体使之轨道发生改变是可能的,但在时间不充分的情况下,实施核爆炸可能是最好的方法。

目前主动防御小行星主要有3种设想:用长期作用力来改变小行星轨道、利用动能撞击改变小行星轨道、核爆炸。

我国中科院紫金山天文台有一台专门用于搜索近地小行星杀手的天体探测望远镜,其观测能力居全国第一,世界第五。天文台专家借着这双“慧眼”,已经发现了近800颗小行星并且获得了国际临时编号。据中国权威专家说,假若能够在一年前发现有可能与地球相撞的小行星,就能够及时采取措施,摧毁它或改变其运行轨道。

NASA和美国国家核安全管理局制定了相应计划。

用航天器动能撞击的方法改变小行星轨道是目前技术可以达到的,相关技术已经被多次试验,以美国的“深度撞击”计划和日本的“隼鸟”计划为例。2005年1月13日美国成功发射彗星探测飞船“深度撞击号”,经过4.31亿公里的长途跋涉,探测器飞抵“坦普尔1号”彗星。在2005年7月4日,探测器本体释放出一颗372公斤级的撞击器,以3.7万公里/小时的速度撞击彗星的彗核,其威力相当于4.5吨TNT烈性炸药的爆炸威力,将彗核表面撞出一个数十米深、足球场那么大的环形坑。而在“隼鸟”计划中,日本 “隼鸟”探测器于2005年10月到达近地小行星丝川(1998号SF36)后,将一枚质量为5g的金属“子弹”以300m/s的速度射向小行星表面,使表面飞溅的碎片被吸入到采样装置中。后续探测器“隼鸟2号”于2019年2月22日8时左右成功在小行星“龙宫”表面着陆,并在不久之后成功轰炸了“龙宫”,据悉“隼鸟号”的“小型携带撞击器”装置在撞击时引爆,创造了一个陨石坑,实际再现了天体碰撞产生陨石坑的过程。

防止小行星撞地球方案各有利弊

▲今年早些时候,有消息称科学家在调查利用特制航天器,对近地天体实施核爆炸的可能性

很明显,撞击小行星融合了上升式动能杀伤器技术,该技术的核心之一,是动能拦截器(KKV,kinetic kill vehicle)。KKV主要由引导头、计算机及电子设备、姿态/轨道控制设备和电源等组成,与用于拦截大气层内目标的拦截弹不同,KKV主要采用碰撞杀伤,原因在于拦截外空目标时,双方相对速度过高,达5~10千米/秒,目前的近炸引信技术难以在合适的时机精确起爆战斗部。同时KKV与目标碰撞时的质量至少为6~15千克,如此高的速度和质量碰撞时产生的能量可高达数亿焦耳,将会产生气化效应,形成几百万度甚至几千万度的高温高压等离子体,其瞬间的爆炸威力足以彻底摧毁现有的任何类型的目标,杀伤力强 。KKV有两种碰撞方式,一是直接碰撞方式,二是直接碰撞杀伤增强方式,直接碰撞杀伤增强方式是在制导精度满足不了直接碰撞的情况下,在拦截器上增设杀伤增强装置,如伞骨状钢条等,以增加撞击面积。

2005年,美国议会就要求美国航空航天局制定一个关于小行星意外撞击地球的防御计划。2007年,美国航空航天局在行星防御会议上提交了自己的报告,在该报告中提出了多项计划,包括使用核爆炸产生的力量使小行星远离地球,认为它比其他非核爆炸更有效。美国测试了小行星表面爆炸、地下爆炸和对峙爆炸等方式,其中表面爆炸和地下爆炸的能量是最强大的,但有可能将小行星爆裂成碎片而威胁地球,所以,美国航空航天局认为,使用一系列对峙爆炸可能是使小行星偏离地球的最有效的方法。

据BuzzFeed News称,8.8吨重的HAMMER航天器直接与小行星相撞,或使用核爆炸装置炸掉小行星。

上升式动能杀伤器技术是目前反卫和外空反导的主要手段之一。如美国在2008年进行的“燃烧冰霜”试验中,用军舰发射“标准-3”导弹击毁了一颗高度为200公里左右的卫星。而在2019年3月27日,印度宣布成功击落了一颗位于距离地面300公里的近地轨道上的卫星,成为除中美俄外第四个掌握反轨道卫星技术的国家。这些卫星应该都是被上升式动能杀伤器击落的。

至今已有许多防止小行星撞击地球的方案被提出,主要包括以下几种:

科学家设计了一个与1600英尺宽的小行星Bennu有关的方案,Bennu是NASAOsiris-Rex取样返回任务的目标小行星。

核爆炸本身是成熟的技术,是目前人类能产生最大能量的主要手段。采用核拦截器能让威胁地球的小行星产生足够的速度改变,核爆产生的中子和X射线沉积的能量加热了小行星的表面层,并产生快速的流体喷射,将大部分星形团块推向相反的方向。根据能量分析,对预警时间很短或质量很大的小行星威胁,目前只有核爆炸手段可以进行防御。有研究显示认为,对直径大于600米的小行星,除了核爆炸外的其他单一手段均不能在30年有效改变小行星的轨道来解除威胁。而核爆同样是反导的重要手段之一,在大气层外利用核爆产生的X射线和电磁脉冲;在大气层内利用中子流、γ射线、冲击波等的综合效应毁伤来袭弹道导弹。冷战期间美苏双方都使用核爆来弥补拦截弹制导精度的不足,如美苏分别研制和部署了战斗部采用核装药的“卫兵”和“橡皮套鞋”反导弹系统,目前俄罗斯的A-135战略反导系统也采用核弹头。

用核武器炸毁可能撞击地球的近地小行星;

虽然近期内不存在地球与Bennu相撞的风险,但到下一个世纪,它与地球相撞的概率高达2700分之一。

综上,小行星主动防御技术与未来空天战争相互融通,只是针对的目标有所不同,这在太空军事化进程不断加快的今天值得世人加以关注。

发射导弹或航天器猛烈地撞击近地小行星,用机械力使其改变轨道;

研究人员称,在所有近地天体中,Bennu是被研究得最透彻的小行星。

(作者系察哈尔学会研究员)

用太空镜群或激光所产生的能量把近地小行星推往新的轨道;

但是,防止小行星与地球相撞的最好方法取决于数个因素。

发射引力航天器靠近对地球有威胁的近地小行星,然后通过自身引力使该小行星脱离原来的轨道;

小行星的尺寸和质量必须考虑在内,与地球相撞前的时间也很重要。另外,还存在“多个不确定性因素”。

用质量巨大的绳索套住近地小行星,采用改变其重心的方式来改变小行星的轨道;

当小行星被确定可能与地球相撞后,动能撞击器是最完美的方法,但包括响应时间过短等多个因素,降低了使用动能撞击器的可行性。

让航天器登陆小行星,并且使用电马达逐渐地改变小行星的轨迹;

通过在小行星运行轨道上部署多个航天器,就可能降低小行星运行速度、改变其轨道,使之避免与地球相撞。

给小行星上安装“太阳帆”或一台大型火箭发动机,把它从地球的轨道上推开;

如果情况不允许使用动能撞击器,利用核装置对它实施爆炸可能就是唯一的选项了。

据美国航空周刊今年3月2日报道,美国正在开发新型“软推动”技术。它先是借助无人探测器盘旋于近地小行星上空对其表面进行喷涂,以改变其反照率,然后影响它吸收太阳光和热量,通过热能的变化来改变其轨道。

这些方案设想各有利弊,究竟哪种最好,目前还没有定论。

例如,用导弹或核装置可以把小行星炸成一分为二的两部分,这样质量就发生了变化,轨道也就跟着改变了。但一些科学家认为将大块行星体岩石分裂成小块的方法不妥,会使小行星爆破后无法确定随后出现的结果,核爆炸产生的小块岩石仍有可能威胁地球安全。但如果发现目标太晚,或来袭小行星尺寸大于1千米,这种方法可能就是迫不得已的最后策略。

就目前的技术水平而言,通过发射物体撞击小行星以使其偏离轨道绝对是有可能做到的。发射人造天体到太空后,把它调整到和小行星平行,并使两者的相对速度为零,然后用机械力推小行星一下,它就会改变轨道。但这样做将需要对小行星的表面进行详细了解。

美国航空航天局提出的其他非核爆炸类选择还包括,使用激光或者巨大的镜子对小行星能量进行聚焦,汽化掉行星部分体积以使其偏离轨道;或者使用飞船将小行星拖向其他方向。

美籍华裔航天员卢杰等提出的“重力拖车”方案是以柔克刚,其中小行星拖曳飞船只需要盘旋在小行星表面,利用重力作用充当飞船无形的拖链,逐渐改变小行星的飞行速度,日积月累,则可以改变小行星的运行轨道。

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俘获小行星可能带来珍贵资源

虽然小行星可能给地球带来巨大威胁,但事情也有另外一面。也有人欢迎小行星光临地球,因为一个仅1.6公里宽且含有上等镍与铁的小行星,就能给我们带来高达4万亿美元的资产。除了大量的镍与铁之外,有些游离的小行星还可能含有丰富的金和铂,以及一些稀有元素如铱等,其价值无法估计。所以,目前有些科学家们正在想方设法地积极准备迎接并俘获这些地球的不速之客呢。来源:航天科技集团网站

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