太空里的天选打工人!必要的时候还得“自杀”拯救地球(内有福利)

作者: 李明涛 王楷铎 周琪

来源: 科学大院

发布日期: 2024-04-24 07:20:55

本文讨论了人类防御近地小行星的技术和策略,提出了利用在轨航天器进行防御的设想,并介绍了“天基碎石”任务概念,旨在有效防御直径20-40米的近地小行星,减缓甚至消除其撞击灾难。

2024年4月9日,位于夏威夷哈莱亚卡拉山顶的泛星计划望远镜发现了一颗商务车大小的近地小行星。2天后,这颗代号为2024 GJ2的近地小行星与地球擦肩而过,最近距离地表仅约12300公里,比北斗导航卫星距离地球还近!所幸,这颗小行星“有惊无险”地安全经过了地球。

这就是目前人类防御小行星时面临的一个大问题。当我们看见它时,可能已经晚了!小行星本身并不发光,只有当其反射的太阳光被望远镜捕获时,人类才可能发现它们。个头越小的小行星,反射的太阳光越微弱,越难以被望远镜发现,这无疑增加了防御这类小行星撞击事件的难度。

然而,目前人类所发展的近地小行星防御技术,一般需要以年、甚至十年为单位的预警时间才能发挥有效作用。比如2022年,美国“双小行星重定向测试(DART)”任务,实施了人类历史上首次小行星防御在轨试验,利用航天器高速撞击了“狄迪莫斯”双小行星系统中直径160米的子星“狄莫弗斯”。

那么,如何防御这类预警时间极短、但又足以造成显著伤害的几十米级近地小行星呢?防范小行星,航天器也可以是地球的“兼职保安”。一般来说,小行星撞击预警时间越长,人类可采取的技术选项越多,成功处置小行星的可能性就越大。

既然时间如此紧迫,我们能否防患于未然,利用已经部署在轨道上的航天器去防御小行星呢?这一设想并非是不着边际的,随着地月空间开发利用的进展,我们可以预期,未来在地月空间可能会有大量在轨航天器。

那么,我们能否在设计这些航天器任务时,兼顾小行星防御的需求?比如,我们可以给航天器增加燃料携带量,并为它配置末端制导系统。这样一来,航天器在日常执行其主任务时,一旦发现有小行星将要撞击地球,就可以实施变轨,对来袭小行星实施拦截,从而来处置那些预警时间极短的小行星。

地月平动点航天器:天选打工人。那么问题来了,宇宙如此浩瀚,我们怎么知道哪个位置上的航天器最能胜任这份“兼职”呢?这就不得不提到“拉格朗日点”了。拉格朗日点(Lagrangian point)又称平动点,在天体力学中是限制性三体问题的五个特解。

这意味着,地球的“安保系统”将更加完善,“监控”范围更大,“保安”响应更快!综合来看,地月L3点、L4点和L5点轨道处的航天器就是“兼职”小行星防御的“天选打工人”了,而我们将其构成的防御星座称为“天基拦截星座”。

“天基碎石”可实现对直径20-40米的近地小行星的有效防御,有望在极短预警时间(2周)条件减缓甚至消除其撞击灾难。

该任务概念以“Research on space-based kinetic impactor disrupting small-sized asteroids under short warning time conditions”为题发表在航天领域国际知名刊物Acta Astronautica上。

这项研究得到空间碎片与近地小行星防御科研专项(KJSP2023020303)和国际宇航联第8届行星防御大会的资助。

结语。从提出最初的任务构想,到实际防御场景中设计处切实可行的应对方案,我们仍需攻克诸多关键技术难关。探寻更高效的小行星防御策略,这本身便是一条充满挑战与未知的长远之路。然而,道虽远,行则将至。为了保卫我们共同的地球家园,我们始终在路上,从未停歇。

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