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見習(xí)記者 辛雨

在小行星家族中，那些運(yùn)動(dòng)軌道與地球軌道相交的近地小行星，因具有一定的可達(dá)性，能夠提供太陽系形成和演化的關(guān)鍵信息，這一價(jià)值已成功引起了科學(xué)家的注意，并由此開展了一系列針對(duì)小行星的探索任務(wù)。

此外，科學(xué)家認(rèn)為近地小行星可提供若干有用資源，用于支持未來的太空活動(dòng)，如航天器推進(jìn)劑制造和支持生命的消耗品。

因此，人們對(duì)這種低能戰(zhàn)略產(chǎn)生了很大興趣——將近地小行星捕獲到地球附近，并對(duì)其資源進(jìn)行開發(fā)和利用。

近日，英國格拉斯哥大學(xué)Minghu Tan團(tuán)隊(duì)提出，利用空氣動(dòng)力制動(dòng)的方法，將近地小行星捕獲至地球軌道，有望為空間站提供水、貴金屬等資源，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《國際宇航學(xué)報(bào)》。

空氣動(dòng)力制動(dòng)節(jié)省捕獲耗能

研究人員探討了通過施加脈沖力，改變小行星的運(yùn)動(dòng)軌道，并利用空氣動(dòng)力制動(dòng)的策略，減緩小行星的運(yùn)動(dòng)速度，將近地小行星直接捕獲到環(huán)繞地球的軌道上。

考慮到空氣動(dòng)力制動(dòng)捕獲小行星，存在發(fā)生操縱失控而撞擊地球的危險(xiǎn)，因此，研究人員首先對(duì)候選小行星進(jìn)行了空氣動(dòng)力制動(dòng)危險(xiǎn)分析，納入分析的是直徑小于30米的近地小行星，原則上這些小行星不具有危險(xiǎn)性。經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，小行星2005 VL1是最理想的目標(biāo)之一，使用10米/秒以下推力即可捕獲。

捕獲近地小行星至地球軌道，首先需要考慮小行星的大小和速度。國家天文臺(tái)一位不愿具名的專家表示，如果小行星的質(zhì)量很大，運(yùn)行速度與地球軌道速度相差過多，那么通過改變小行星的運(yùn)動(dòng)軌道捕獲小行星就需要非常大的能量。

研究人員在文章中表示，降低近地小行星捕獲的總能量成本是未來小行星捕獲任務(wù)的關(guān)鍵�？諝鈩�(dòng)力制動(dòng)是一種靠在飛行器上安裝空氣動(dòng)力片(減速板)等裝置實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的減速方法，可以在一定程度上節(jié)省能耗。

中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，這種利用大氣產(chǎn)生的阻力減緩物體進(jìn)入軌道的方法，在航空航天相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟了。美國的火星探測(cè)項(xiàng)目利用大氣制動(dòng)原理可以節(jié)省大量燃料并降低航天器的軌道。

控制小行星運(yùn)動(dòng)非常難

“我認(rèn)為這是一個(gè)偉大的想法。”沒有參與這項(xiàng)研究的天文學(xué)家Sherry Fieber-Beyer說。而美國北達(dá)科他大學(xué)大�？怂箍臻g研究觀察站主任補(bǔ)充說：“紙上談兵很容易，實(shí)踐起來怕是很難。”

美國宇航局(NASA)曾提出一項(xiàng)近地小行星重定向任務(wù)(ARM)，發(fā)射朝向近地小行星的太空飛船，以一定方式改變小行星運(yùn)行軌跡，將小行星(或小行星的一部分)捕獲到圍繞月球的遠(yuǎn)距離逆行軌道上。“但是，這項(xiàng)任務(wù)的難度非常大。”季江徽說。

對(duì)此，國家天文臺(tái)的專家表示，就目前技術(shù)而言，我們可以精確計(jì)算小行星的運(yùn)動(dòng)軌道，實(shí)現(xiàn)定位，“但‘拽’住小行星很難實(shí)現(xiàn)”。

能否改變小行星的運(yùn)動(dòng)軌跡，將它推到地球附近的軌道，需要考慮的其中一個(gè)重要因素就是小行星的大小。

在此研究中，Tan將直徑小于30米的近地小行星納入候選行列。他利用公式推算近地小行星的直徑大小，公式中包括兩個(gè)參數(shù)——小行星的絕對(duì)星等H和反照率pv。由于小行星的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)不同，它們的反照率差異較大。研究者通過設(shè)定一定數(shù)值的反照率推算小行星的直徑大小。對(duì)此，季江徽表示，小行星大小的估算存在不確定度。

此外，由于小行星不是完美的球體，小行星的形狀也對(duì)控制其運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生了影響。倫敦帝國理工學(xué)院物理學(xué)家Mueller-Wodarg提出，由于小行星的形狀不規(guī)則，在改變小行星運(yùn)動(dòng)軌道時(shí)，小行星可能會(huì)受到扭矩，發(fā)生自旋，失去控制。

開采資源還是沖撞地球

許多年來，科學(xué)家一直試圖通過登陸小行星獲取小行星上的資源。目前，正處于開發(fā)小行星采礦方法的最早階段，美國的OSIRIS-REx和日本的隼鳥2號(hào)都是以采集小行星樣本并返回地球?yàn)槟康牡奶綔y(cè)器。

Tan在文章中提出，將小行星“引”至地球身邊，可以對(duì)小行星上的鉑或水進(jìn)行開采，甚至可以將水分解成氫氣和氧氣作為燃料，為太空任務(wù)提供保障。如果能將地球大氣變成一個(gè)可以捕捉小行星豐富資源的手段，無疑是向深入探索太空邁出了重要一步。

與此同時(shí)，有科學(xué)家懷疑這其中的危險(xiǎn)性。Mueller-Wodarg和Fieber-Beyer表示，如果將小行星靠近地球，可能會(huì)導(dǎo)致小行星撞擊地球，甚至造成廣泛的死亡和破壞。

雖然許多近地小行星的軌道相對(duì)為人所知，但它們的組成卻并非如此。小行星成分復(fù)雜，它們的表面變化多樣，可以是灰塵覆蓋的金屬塊，或是松散堆在一起穿過太空的漂浮巖石，金屬和其他致密物質(zhì)與輕質(zhì)巖石的反應(yīng)則不同。

地球的大氣層相對(duì)厚實(shí)，大氣阻力很大，理論上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小行星的減速效果。但是，將小行星靠近大氣層，需要非常精準(zhǔn)的操作。季江徽說，“如果出現(xiàn)偏差，小行星在大氣層發(fā)生爆炸，可能會(huì)產(chǎn)生流星雨?duì)畹?lsquo;小炸彈’落至地球，后果不堪設(shè)想。”

Tan對(duì)此提出異議，他表示，研究只關(guān)注直徑小于30米的小行星，如果它們撞上地球低層大氣，就會(huì)蒸發(fā)。但他承認(rèn)，如果小行星是由鐵等高密度物質(zhì)構(gòu)成，那么小行星可能不會(huì)完全燃燒，需要格外小心。