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上得九天敢摘星——看中国的小行星捕获计划

2018-08-10 13:26来源:中国数字科技馆

  近期,新华社等媒体广泛报道,中国科学院国家空间科学中心李明涛研究员团队联合多家优势单位提出了一项名为“揽星九天”的大胆空间任务设想,计划在未来15-20年内捕获一颗外太空的小行星,操控其安全穿过稠密大气层,着陆地球表面无人区。不得不承认,即使放眼全球,此项计划也非常的冒险,那么为何中国要不远几十万里去捕获一颗小行星呢? 

  风险与机遇并存的小行星

  小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动,但体积和质量比行星小得多的天体。截至2017年3月6日,美国小行星中心(MPC)所确认的小行星共有729740颗,其中有编号的小行星有483390颗,未编号的小行星有242391颗,慧星3959颗。

上得九天敢摘星——看中国的小行星捕获计划

图片来自网络

  而这其中,对人类影响最大的当属近地小行星。近地小行星指的是轨道与地球轨道相交的小行星,这些小行星存在与地球碰撞的可能。据美国"近地小行星追踪计划"的天文学家估计,有可能撞击地球并带来灾害的近地小天体总数大约700颗。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。据俄罗斯媒体报道,该次事件中有1500人受伤,1000多房屋受损。1908年6月30日,俄罗斯西伯利亚通古斯地区发生大爆炸,毁灭了大约2000平方公里的西伯利亚森林,科学家们普遍认为通古斯大爆炸是一次小行星碰撞地球事件。同时早有观点指出历史上造成恐龙灭绝等灾难的原因也可能是由于小行星与地球碰撞。

  小行星既可能给人类带来灾难,同时也存在着巨大的价值。从科研角度出发,有些小行星是太阳系中最古老的天体之一,对其研究可能有助于解释太阳系中很多未解之谜,如太阳系的起源、地球是如何进化的。

  同时小行星蕴藏有大量的矿藏。小行星可分为C类、S类、M类等,其中M类小行星主要由金属组成。据估计,太阳系小行星中,约有5%是M类的,这些小行星上富含各类地球上稀缺的金属。如第16号小行星“灵神星”,其直径约250千米,科学家通过观测估计其上含有5亿亿吨铁、5000万亿吨镍,还有其它多种稀有金属数亿吨。据NASA估计,灵神星上的铁资源总价高达1000亿亿美元。而小行星241上面的矿产资源据估计总价值高达95.8万亿美元。

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  夭折的“小行星重新定向计划”

  因为小行星让人类又爱又恨,所以早就被一些航天强国盯上了,为了能尽早地开发和占有小行星资源,相关国家对“摘星”的研究在多年前就已开始。2010年,美国宣布将于2025年载人登陆近地小行星。2011年,美国Keck空间研究中心提出将一颗近地小行星捕获到月球轨道的任务构想,后来演化为美国的小行星重定向计划(ARM)。一开始,美国航空航天局计划使用机器人宇宙飞船完整捕获一颗近地小行星,再将其送入绕月球轨道。

    后来该项目改为让机器人从小行星表面获取一块直径数米的巨石,之后机器人会在小行星上空停留3天左右以分析样品符合要求,随后进行一项名为“引力拖拉机”的试验,测试机器人可否利用自身质量和小行星质量之间的引力改变小行星的自转和轨道。测试完成后机器人携带样本返回月球轨道,同时地面发射猎户座飞船与机器人在月球附近对接,两名宇航员进行出舱作业进一步分析小行星,并携带部分样本返回地球。虽然随着奥巴马任期的结束,美国政府在2017年初宣布计划取消“小行星重定向计划”,但这毕竟是人类历史上首次科学地开展了小行星操控任务论证。

  同时在法律和商业层面,各国也是你追我赶。2016年,美国奥巴马政府颁发了美国《商业太空竞争法案》,赋予了美国公民太空采矿的权利。2017年卢森堡经济部出台《太空资源开发与利用法案》,致力于将卢森堡打造为太空资源开发利用的“硅谷”。目前已经有数十家商业太空采矿公司成立,美国科罗拉多大学于2017年正式开设了世界上第一个太空采矿专业。

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  雄心勃勃的“揽星九天”

  这些年来,中国在航天领域取得了长足的进步,对于开发小行星自然也不能落后于人。在去年5月,中国著名空间飞行器总体、信息处理专家叶培建院士曾表示,小行星资源开发必将是未来航天发展方向之一。

    相比美国的ARM,此次李明涛团队提出的“揽星九天”计划更加雄心勃勃。该计划的目标是一颗直径约6.4米、重量约为385吨、编号为2014 HB177的小行星,该小行星会周期性穿越地球轨道,下次靠近地球发生在2034年,届时距离地球仅约20万公里。

    “揽星九天”计划用长征五号运载火箭在2029年向小行星发射无人飞船,抵达小行星附近后,操控平台将旋转到与小天体同样的自旋速度,利用口袋式抓捕机构将小天体整体捕获,然后利用姿控发动机消除小天体的自转,再将新型充气防热减速机构安装在捕获的小天体上,最后将其拖回地球并穿越大气层安全着陆在无人区,从而实现摘星计划。与ARM不同,“揽星九天”要求把一颗小行星完整的带回地面,其难度可谓上升了一个数量级,无疑是一次大冒险。而一旦成功对于小行星的防御与开发则必然会起到不可估量的作用,同时也将成为人类航天史上的一个里程碑。衷心祝愿中国航天“摘星”成功。(兰顺正)

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