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小行星防御要動真格的

來源:咸寧網 時間:2019-12-25 15:00

最近,歐洲航天局正式宣布,將與美國航空航天局共同進行人類首個全面的小行星防御演示任務——“小行星撞擊和偏離評估”項目。

事實上,近年來關于小行星的各種探測項目都十分活躍。據介紹,中國小行星探測任務也正在進行論證工作,擬完成近地小行星伴飛、附著、取樣返回和主帶彗星近距離繞飛。

美歐共同實施的“小行星撞擊和偏離評估”項目示意圖。右上是歐洲的“赫拉”空間探測器,左下是美國的“雙小行星重定向測試”空間探測器。


1 行星探測為何受青睞


小行星探測之所以在最近幾年受到世界上一些國家的重視,是因為隨著科學技術的飛速發展,科學家們越來越認識到探測小行星具有十分重要的意義。

探測小行星能揭示生命起源,促進基礎科學發展。因為小行星是46億年前太陽系形成時殘留下來的初始行星體,保存了太陽系形成時的大量珍貴信息。探測小行星可認識太陽系的最初物質組成,更好地研究太陽系的形成和演化。

探測小行星能促進太空工業發展。據悉,每年有900多顆小行星與地球擦身而過,其中不少蘊藏鉑、鈷、銠、銥、鋨等珍稀金屬和鐵、鎳等礦產資源,它們可以成為潛在的“地外礦藏”。

探測小行星能為保護地球安全,建設行星防御體系奠定基礎。探測近地小行星,深入了解近地小行星的運動及屬性,有利于研究、開發出防止近地小行星撞擊地球的新方法和技術,包括驗證軌道偏轉等小天體防御技術的可行性,為地球自身的安全做好預測和防范,避免人類重蹈當年小行星撞擊地球造成恐龍滅絕的災難性后果。

探測小行星還能成為深入探索太空的基石。小行星可作為載人登火星的中轉站,因為小行星引力小,從那里出發去深空其他星球比較容易。另外,其上有豐富的水資源,它可直接用于航天員生活或分解成氧和氫,供航天員呼吸或作為星際飛船的燃料使用,幫助人類探索更遙遠的太空世界。

小行星探測是空間探索的前沿熱點,同時也是高門檻的深空探測任務。小行星形狀不規則,平均直徑只有千米量級,地貌復雜,引力微弱,表面溫差大。探測難點是“微弱引力、未知環境不確定”等。近年來,全球掀起了小行星探測的新熱潮,由此促進了小行星探測新技術的爭奇斗艷。


2 美日已經先行一步


探測灶神星和谷神星的美國“黎明”探測器示意圖

隼鳥2號登陸龍宮小行星想象圖。

從20世紀90年代至今,美國和日本已先后研制和發射了多個專用小行星探測器。它們采用繞、落、回的方式對目標小行星進行了較為細致的探測,獲得了大量有價值的科學數據。

早在1996年,美國就率先發射了世界首個小行星探測器“尼爾”(意譯為“近地小行星交會”)探測器。它于2000年進入愛神星小行星軌道,這是人類航天器首次成功地進入圍繞小行星運行的軌道?!澳釥枴庇孟鄼C、激光測距儀和無線電科學實驗設備等儀器,確定了愛神星的尺寸、質量、密度和磁場及巖石成分。在探測任務結束之際,“尼爾”于2001年首次以硬著陸的方式降落到愛神星的表面,結束了長達5年的太空之旅。在這5年中,“尼爾”繞愛神星飛行了1年,共拍攝了16萬幅圖片,搜集了比科學家原先計劃多10倍的數據,大大超過了預期。

日本也不甘示弱,于2003年發射了“隼鳥”小行星探測器。它于2005年飛抵離糸川小行星20千米的預定軌道,觀測糸川小行星表面情況,收集其成分和地形數據。此后又兩次成功在糸川小行星表面短時間著陸,采集其表面的巖石樣本。其采樣方式是通過著陸時產生的撞擊,吸入飛濺起來的碎石。最終,“隼鳥”攜帶小行星樣品于2010年返回地球,使日本成為世界上首個擁有在月球之外的原始小天體上著陸、取樣并攜帶其樣品返回地面技術的國家。

美國則在2007年發射了首個用離子推進器完成實用型科學探測任務的“黎明”小行星探測器,玩兒了一個“一石二鳥”,即分別于2011年和2015年先后探測2顆小行星——灶神星和谷神星。目前,“黎明”仍在谷神星軌道運行。

日本在2014年12月4日又發射了隼鳥2號小行星探測器。它是更先進的小行星取樣返回探測器,探測目標是龍宮小行星,因為該小行星上可能有含有機物質和水的巖石。

隼鳥2號采用了別開生面的轟擊小行星表面的技術,來探測小行星的內部,進一步確認龍宮上含礦物質、水和有機物的情況。它于2018年6月進入龍宮小行星軌道后,先對該小行星進行近距離詳細觀測。接著,向小行星表面投放跳躍式巡視器和小型著陸器。然后,對小行星表面進行采樣?!蚌励B”只采集了10毫克樣品,隼鳥2號擬采集100毫克以上樣品。后者在龍宮附近運行1年半,完成任務后,已于2019年11月飛離龍宮;再用約1年時間,即2020年末返回地球。

2016年9月9日,美國首個小行星采樣返回探測器——“奧西里斯-雷克斯”升空,目標是對貝努小行星進行采樣返回探測。它于2018年8月抵達貝努,并在環繞貝努的軌道上對其進行全球表面成像觀測,展開為期兩年的科學研究。美國已于2019年12月選定了貝努小行星采樣點,在2020年8月,該探測器將使用機械臂末端的采樣器采集60克至2千克的貝努表面風化層樣品,2023年把樣品帶回地球供科學家研究。貝努是富碳小行星,科學家預測這顆小行星在2169年-2199年間撞擊地球的概率為0.071%,撞擊地球的危險性目前排在第二位。


3 美歐合作實施防撞擊項目


歷史上曾發生過多次小行星撞擊地球的事件,向地球人敲響了警鐘,要加速研究如何防止近地小行星撞擊地球的方法和技術,因為小行星撞擊地球是世界四大突發巨大災難之一,早晚有一天會猛烈撞擊地球。為此,科學家很早就開始研究如何防止小行星撞擊地球。

今年11月,歐洲航天局正式簽署協議,將與美國聯手實施人類首個全面的行星防御演示任務——“小行星撞擊和偏離評估”的項目。

其初步計劃是,美國在2021年7月發射“雙小行星重定向測試”空間探測器,它于2022年10月到達迪迪莫斯雙小行星系統(由一顆直徑775米的迪迪莫斯小行星和一顆直徑為165米的天然小衛星組成),隨后俯沖撞擊其中的天然小衛星。地球上的望遠鏡將觀測這次撞擊如何影響天然小衛星及其迪迪莫斯小行星的軌道,以評估“動能沖擊器”偏轉小行星策略的有效性。

2023年或2024年,歐洲航天局將發射“赫拉”空間探測器,它于兩年后進入迪迪莫斯雙小行星系統?!昂绽鄙系膬深w立方星將收集有關迪迪莫斯小行星的各種數據,觀察高速撞擊小行星后產生的影響,其中的“小行星勘察器”立方星用于研究兩顆小行星的內部結構和表面成分,“禹文塔斯”立方星則用于研究天然小衛星的結構和引力場。


4 中國小行星探測  任務正在論證


嫦娥2號拍攝的圖塔蒂斯小行星。

2012年12月13日,執行完探月任務的嫦娥2號探測器通過變軌在深空與圖塔蒂斯小行星交會,并用星載監視相機對該小行星進行了光學成像,這不僅是我國首次實現對小行星的飛越探測,也是國際上首次實現對圖塔蒂斯小行星的近距離探測,使我國成為第4個探測小行星的國家。

目前,我國科學家已制定了專門的小行星探測計劃,即以伴飛、附著、取樣返回等探測方式,對近地目標小行星進行整體性探測和局部區域的分析。其科學目標為:精確測定近地小行星軌道參數、自轉參數和形狀大小等物理參數,為規避小行星撞擊地球提供科學依據;測量目標小行星的形狀、大小、表面形態、自轉狀態等基本性質,繪制小行星的地形地貌圖,建立其形狀結構模型;獲取小行星整體和局部形貌、礦物含量、元素種類、次表層物質成分、空間風化層、內部結構等,為太陽系起源與演化提供重要線索;探測小行星次表層以下的有機物、水等可能的生命信息,深化生命起源的認識;獲取小行星臨近空間環境參數,研究太陽風對小行星表面的空間風化作用。

據中國空間技術研究院研究員、小天體探測項目技術負責人黃江川介紹,中國小行星探測任務正在進行論證工作,擬完成近地小行星伴飛、附著、取樣返回和主帶彗星近距離繞飛。我國將發射一個探測器環繞小行星2016HO3飛行,擇機附著小行星表面、采集小行星樣品,返回地球附近釋放返回艙,將樣品送回地球。隨后,探測器將繼續飛行,借助地球和火星引力到達主小行星帶,對主帶彗星133P開展原位探測。

黃江川說,據地面觀測推測,小行星2016HO3自轉很快,大約半小時轉一周。小行星結構通常較為松散,要在快速轉動的小天體上著陸,難度很大。完成對這個近地小行星探測后,探測器還要飛往主帶彗星133P,這兩個探測任務之間的銜接難度也不小,探測工作頗具挑戰性。 

(咸寧日報綜合) 


編輯:hushaopeng

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