【世界知識】蘭順正:小行星防禦,並非杞人憂天

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2023年中國航天大會(CSC2023)於4月23~26日在安徽省合肥市召開,空間碎片移除與小行星防禦論壇作為本次大會的分論壇也於4月25日召開,再次喚起了各界對於小行星防禦問題的關注。

一般而言,軌道在離太陽1.3AU(1AU等於地球和太陽之間的平均距離,約1.5億公里)範圍內,離地球軌道距離小於0.3AU的小行星統一被稱為近地小行星,這種小行星的軌道距離地球比較近,與地球存在碰撞的可能。

小行星的碰撞可能帶來十分嚴重的後果。人們最瞭解的一次撞擊事件是6600萬年前促使恐龍滅絕的希克蘇魯伯隕石,它直徑約為10公里,重約1億噸,導致所有非鳥類恐龍以及全球75%動植物種滅絕。

近代以來的小行星碰撞也非個案,1908年6月30日俄羅斯西伯利亞通古斯地區發生大爆炸,毀滅了大約2000平方公里的森林。科學家們普遍認為通古斯大爆炸是一次小行星碰撞地球事件。2013年2月15日俄羅斯車里雅賓斯克上午9時15分發生了一次隕石雨事件,隕石進入大氣層留下約10公里長的軌跡。該次事件中有1500人受傷,1000多房屋受損,經濟損失達10億盧布。2014年11月5日,內蒙古錫林郭勒盟也發生了小規模的小行星撞擊事件。

過去,防禦小規模碰撞事件主要採取地面人防工程和躲避等被動方式,但隨著科技的進步,如何主動防禦成為各國關注重點。目前主動防禦主要有三種設想,分別是利用長期作用力來改變小行星軌道、利用動能撞擊改變小行星軌道,以及核爆炸。

以長期作用力來緩慢改變小行星軌道有很多手段,包括太空拖船、引力拖車、使用挖掘機使小行星損失質量、用強激光照射改變小行星表面蒸發量、用表面噴漆等手段改變光壓力,等等。

核爆炸則是目前人類所能產生最大能量的主要手段。根據能量分析,對於預警時間很短或質量很大的小行星威脅,目前只有核爆炸手段可以進行防禦。有研究認為,對直徑大於600米的小行星,除了核爆炸外的其他單一手段均不能在30年內有效改變其軌道。

用航天器動能撞擊的方法改變軌道是目前技術可以達到的。美國的“深度撞擊”計劃於2005年7月4日成功撞擊了“坦普爾1號”彗星。美國的“雙小行星改道測試”(DART)項目是人類試圖改變太空天體運動軌跡的首次嘗試。該項目由美國宇航局和約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室共同主導,預算3.25億美元。2022年9月27日,DART航天器在離地球1140萬公里處成功撞擊了運行在環繞太陽橢圓軌道上的“迪迪莫斯”系統主小行星“迪莫菲斯”的繞飛“小月亮”“迪莫菲斯”,使其主星軌道週期縮短了32分鐘,遠超試驗所預期的“73秒”。

中國也在努力進軍小行星防禦領域。2012年12月15日,中國“嫦娥二號”探測器近距離飛越小行星“圖塔蒂斯”,實現首次小行星飛越觀測,正式邁進小行星探測“俱樂部”。2019年4月中國國家航天局發佈《小行星探測任務有效載荷和搭載項目機遇公告》,確定了今後中國小天體探測器方案的探測目標,是一顆地球共軌天體2016HO3以及小行星帶中的主帶彗星311P,並希望通過一次發射實現兩類探測目標和近距、附著、採樣等三種探測模式。目前,地基監測預警系統“中國複眼”行星雷達項目已經啟動,它分三期建設,建成後對直徑公里級的小行星探測距離將達上億公里,從而成為世界上探測距離最遠的行星雷達。

2021年5月,中國的科研團隊提出了“以石擊石”的加強型動能撞擊行星防禦任務概念,即,通過發射無人飛行器捕獲小尺寸小行星,或在碎石堆小行星上採集超過100噸的岩石,與飛行器構成組合撞擊體,操控組合體撞擊對地球有潛在威脅的小行星,將其偏轉出撞擊地球的軌道。據分析,這種方法對小行星的軌道偏轉效果可提升一個數量級,為防禦大尺寸潛在威脅小行星提供核爆之外的新選項。“以石擊石”方案還能融合小行星探測和小行星防禦,在小行星科學研究方面也有較高價值。

2022年4月,中國國家航天局副局長吳豔華在接受中央電視臺採訪時表示,中國正著手組建近地小行星防禦系統。同年11月,中國探月工程總設計師吳偉仁透露,中國已在制定發展規劃,未來十年內將實施地外小行星防禦任務。

此次論壇還面向全球發佈了近地小行星防禦空間處置方案徵集令,體現了中國願與國際社會合作加強近地小行星聯合預警能力的態度。

(作者為遠望智庫研究員、中國指控與控制學會會員)


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本文刊登在《世界知識》2023年
第10期
責編:安剛
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