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北京日报客户端|防小行星撞击有了“中国功夫” 我国科学家提出“以石击石”( 二 )


在小行星附近引爆核弹 ， 利用核爆产生的剧烈辐射作用于小行星表面 ， 汽化部分物质并喷射出去 ， 从而显著偏转小行星的轨道 。 如果在小行星表面或者内部引爆核弹 ， 将彻底破坏小行星的结构 。 核爆可以快速见效 ， 但产生的碎块可能仍然会撞击地球 。 此外 ， 在外太空使用核武器是国际法明确禁止的 。 这也是2019年行星防御大会的模拟演习中 ， 核爆最后没能实施的直接原因 。
利用人造飞行器高速撞击小行星 ， 瞬间改变小行星的运行速度 ， 使得小行星偏离撞击地球的轨道 。 动能撞击防御方法原理简单、技术可行 ， 是目前最成熟的非核小行星防御方法 。 美国将于2021年发射“双小行星重定向测试”任务 ， 利用一颗无人飞行器高速撞击Didymos双小行星系统中的“小月亮” ， 验证动能撞击防御技术 。
由于发射运载能力和包络的限制 ， 人造撞击体的质量一般为数吨级 ， 尽管撞击速度可达数公里每秒 ， 但对质量为千万吨级以上的小行星的动量改变量十分微弱 ， 经典动能撞击方法偏转小行星的轨道犹如“以卵击石” 。 比如 ， 美国2005年发射的“深度撞击”任务对坦普尔彗星的速度增量改变量仅0.1微米每秒 ， 美国2021年将发射的“双小行星重定向测试”任务 ， 对目标小行星的速度增量改变量不超过2毫米每秒 。
此外 ， 各国科学家们还提出了引力拖车、离子束偏移、激光烧蚀、拖船技术、太阳光利用等多种对付危地小行星的“招式” 。
问：您和合作者这次提出的“以石击石” 防御威胁小行星新思路 ， 具体是怎么回事儿？
答：西方拳击讲究硬碰硬的较量 ， 中国功夫则讲究刚柔并济 ， 以柔克刚 。 “借力打力”“四两拨千斤”是中国功夫追求的至高境界 。
如果说经典动能撞击技术代表了欧美行星防御的“拳击”招式 ， “以石击石”则是行星防御的中国招式 ， 通过“借力打力”巧妙化解小行星撞击威胁 。
决定动能撞击防御小行星效果的关键因素是撞击体的动量 。 动量由撞击体质量和撞击速度决定 。 由于强大的地心引力 ， 利用人类最强大的运载火箭 ， 发射到深空撞击小行星的轨道 ， 撞击体重量一般也不会超过20吨 。 即使撞击速度可达到数公里每秒甚至十几公里每秒 ， 在这场硬碰硬的实力较量中 ， 面对千万吨级的小行星 ， 几吨甚至十几吨的人造撞击体显得无比渺小 。
如何数量级提升撞击体质量 ， 进而数量级提升行星防御效果呢？在我们提出的“以石击石”行星防御方案中 ， 飞行器在逃离地心引力后 ， 并不直接去硬碰小行星 ， 而是像传统中国功夫一样 ， 在宇宙中腾挪迂回 ， 先去寻找可以“借力打力”的大块头作为撞击体 ， 再以“四两拨千斤”的方式 ， 推动大块头撞击体去偏转危地小行星的轨道 。
截至目前 ， 人类已经发现了超过23000颗近地小行星 。 危地小行星可能会撞击地球 ， 小行星之间也可能会相互“擦肩而过”甚至“擦枪走火” 。 事实上 ， 小行星之间的碰撞是新小行星群体的一个重要来源 。
若干年后 ， 如果有一颗大尺寸危地小行星将要撞击地球 ， 我们只需要提前找到那颗与它“擦肩而过”的小行星 。 如果这颗小行星尺寸比较小 ， 我们可以整体捕获它作为撞击体 。 如果小行星尺寸比较大 ， 我们可以在它上面采集一大块岩石作为撞击体 。 然后 ， 我们可以操控这块“大块头”的太空岩石去撞击对我们有威胁的危地小行星 。 在微重力环境下我们能够以“四两拨千斤”的方式 ， 利用飞行器的推进系统轻微改变它的轨迹 ， 使其从与危地小行星“擦肩而过”到准确击中危地小行星 ， 从而利用太空岩石的重量显著偏转危地小行星的轨道 。
以偏转阿波菲斯小行星为例 ， 我们对“以石击石”行星防御方案开展了数值模拟 。 阿波菲斯是一颗阿登型近地小行星 ， 被称为“毁神星” ， 直径约350米 ， 重量约为6100万吨 ， 在2029年与地球的最近距离约为3.8万公里 。 在十年预警时间的条件下 ， 利用长征五号运载火箭 ， 对经典动能撞击和“以石击石”加强型动能撞击的效能开展了对比研究 。 仿真显示 ， 利用经典动能撞击方法对阿波菲斯小行星的偏转距离为约176公里 ， 而“以石击石”方案对阿波菲斯小行星的偏转距离为约1866公里 ， 相比经典动能撞击方法提升了一个数量级 。


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