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重慶“中國復眼”已開機 預防小行星撞地球

  2022年12月29日,兩江新區明月山,“中國復眼”一期項目正在觀測太空。據重慶日報

  “未來15年,中國深空探測將在月球探測、行星探測、運載技術三個領域,論證實施十大工程任務。”10月22日在安徽合肥召開的中國科協年會主論壇上,中國探月工程總設計師、深空探測實驗室主任兼首席科學家、中國工程院院士吳偉仁在報告中介紹了中國深空探測未來15年的計劃。

  我國在行星探測領域計劃開展的工程包括首次實施近地小行星防禦任務。“針對近地小行星撞擊地球這一極小概率、極大危害事件,我們將對一顆數千萬公里外的小行星實施動能撞擊,使其改變運作軌道,並在軌開展撞擊效果評估,實現‘撞得準,推得動,測得出,説得清’。”吳偉仁説。

  A 深空探測十大工程

  昨日,吳偉仁介紹了中國深空探測未來15年的計劃,在三個領域論證實施十大工程任務。

  在月球探測領域,一是將實施探月工程四期,包括嫦娥六號、嫦娥七號、嫦娥八號任務,將在月球南極建成月球科研站基本型。明年將發射嫦娥六號,實現國際首次月球背面自動採樣返回。2026年前後,還將發射嫦娥七號,著陸在月球南極,通過環繞、巡視和飛躍探測,開展資源和環境詳查。此外,還將實施嫦娥八號任務,開展月球資源原位利用等新技術試驗。

  二是建設國際月球科研站。它由中國提出、聯合多國共同建設,在月球表面與月球軌道長期自主運作、短期有人參與,可擴展、可維護的綜合性科學實驗設施。

  三是實施載人登月。目前正在開展關鍵技術攻關和實施方案深化論證,計劃2030年前後實現載人登陸月球。

  四是研制建設鵲橋通導遙綜合星座係統。作為其先導驗證衛星的天都一號、天都二號兩顆衛星,將在明年1月初從合肥深空探測實驗室總部出廠,隨後搭載鵲橋二號中繼星實施發射。

  在行星探測領域,計劃開展五大工程。一是將實施天問二號小行星採樣探測任務。實現對特定目標小行星的採樣返回,並對一顆主帶彗星進行繞飛探測。

  二是首次近地小行星防禦任務。“針對近地小行星撞擊地球這一極小概率、極大危害事件,我們將對一顆數千萬公里的小行星實施動能撞擊,使其改變運作軌道,並在軌開展撞擊效果評估,實現‘撞得準,推得動,測得出,説得清’。”吳偉仁説。

  三是發射天問三號火星採樣探測器。中國科學家將實現火星採樣返回,使我國有望成為首個獲得火星樣品的國家。

  四是開展木星係及行星際穿越探測,實現木星係環繞和天王星到達,深化人類對木星係和行星際的科學認知。

  五是開展太陽係邊際探測。計劃發射新型航太器,在本世紀中葉飛抵100個天文單位的太陽係邊際。

  在運載領域,將論證實施重型運載火箭工程,突破10米級箭體直徑、大推力液氧甲烷發動機等關鍵技術,使我國近地軌道運載能力由25噸級提升至150噸級,為未來深空探測奠定堅實基礎。

  B 威脅人類生存的災難

  小行星撞擊地球,被聯合國列為威脅人類生存的二十大災難之首。

  備受矚目的中國近地小行星防禦計劃首度公開,開始實踐國家航太局發布的八大行動聲明之一:“防禦近地小行星,為保護地球家園貢獻中國力量。”中國深空探測實驗室係統研究院院長陳琦透露,2030年將對小行星進行動能撞擊,並面向全球公開徵集首次任務總體方案及相關規劃。

  在地球自然歷史中,共有五次物種大滅絕,小行星是其中兩次的“肇事者”。距離我們最近的是在2013年2月15日俄羅斯車裏雅賓斯克,一顆直徑20米的小行星在30000米高空爆炸,釋放了40~50萬噸TNT能量,威力等于一顆洲際導彈的分導核彈頭,造成1400多人受傷。

  天文學家把直徑超過1米的天體稱為小行星,小于1米的歸為流星體。流星體通常會在大氣層燒毀。僅在太陽係,就有超過2.5萬顆小行星對地球構成潛在威脅。

  C 重慶“中國復眼”已正式開機

  “要防禦小行星撞擊,最關鍵的是預警、探測、發現並跟蹤它,越早越好、越精確越好。”中國空間科學學會空間科學傳播專家工作室副主任周炳紅告訴記者。

  看到並盯住小行星,我國已經有了一項“神器”,這便是“中國復眼”——目前世界上計劃構建的探測距離最遠的雷達。

  位于重慶市兩江新區的“中國復眼”項目,學名超大分布孔徑雷達高分辨率深空域主動觀測設施,一期于2022年末正式開機。

  “中國復眼”是由多個小天線構成的一個大雷達,就像昆蟲的復眼,它能自己發射電磁波探測小行星,並接收自己所發電磁波的回波;而大眾熟悉的“中國天眼”是個500米口徑的射電天文望遠鏡,不發射電磁波,而是接收星體發射出來的信號。

  小行星本身不發射電磁波,射電天文望遠鏡看不到。人類要看到小行星,必須主動發射電磁波。好比我們在伸手不見五指的黑夜,“中國復眼”像手電筒打出一束光,來照亮目標,使它被我們看到。

  北京理工大學重慶創新中心副研究員向寅説:“‘中國復眼’的每個小雷達都可靈活轉動,實現±75°的巡天角度,實現類比于相機廣角鏡的效果。”

  “中國復眼”項目將分三期進行。向寅介紹,一期項目主要進行關鍵技術驗證,目前已獲得月球正表面局部三維雷達圖像,初步驗證了對深空目標三維雷達成像的可行性。

  “中國復眼”二期計劃建設25部30米口徑的高分辨率分布式雷達,將能探測距地球750萬公里內潛在威脅小行星,約為目前金石雷達係統探測距離的兩倍。

  更厲害的是三期工程的探測距離——1.5億公里,正好一個天文單位,相當于地球和太陽之間的距離。

  向寅還透露,三期工程將有上百部雷達,可看到上千萬公里外足球大小隕石的運作軌跡。有了這雙“火眼金睛”,對地球有威脅的小行星將無處遁形。

  D 如何消除小行星的威脅

  “對付小行星的手段,主要可以分成三大類。”周炳紅説,第一類是動能撞擊,第二類是核爆,第三類就是其他的,比如引力牽引、附著推離、鐳射燒蝕、太陽光壓等。

  “其中動能撞擊應該説是技術成熟度最高的,人類也做過一些實驗,驗證它是可行的。”周炳紅説,動能撞擊的優點是它能比較快地偏轉小行星,但偏轉力量較小,需要在小行星離我們很遠處就要撞了,一般需要提前十年甚至更長時間,偏轉的效果才足夠避開地球。

  值得注意的是,有的小行星是完整的固體,有的是松散聚集的碎石塊。用航太器去撞前者可以改變軌道,去撞後者就像把石頭扔到豆腐裏,一時把小行星打散了,但過一陣可能受引力作用又貼在了一起。

  周炳紅認為,核爆應該是其中效果最好的,需要的時間也比較短,一般只需要幾年的預警時間就可以偏轉一個較大的小行星。“問題在于,核爆技術由于它的危險性,現在還沒有進行試驗,技術成熟度不高,需要一步步來。”

  也有專家認為,核爆可能把小行星炸成很多碎塊,會繼續飛向地球,或危害太空中的航太器。這些利弊需要仔細權衡。

  而其他方法如引力拖曳、太陽光壓等,技術成熟度也不高,同時其牽引力其實是很小的,需要作用非常長的時間,一般要持續作用幾十年才能偏轉的,這就要求距離非常遠就進行預警。

  專家曾提出了一個新概念,叫做“以石擊石,借力打力”。“可以用長徵五號發射一個航太器,在地球附近抓一顆幾百噸至幾千噸的石頭,把它偏轉一下,讓它去撞目標小行星,這樣的效能比用航太器直接撞擊要好10倍以上。我們用一枚火箭就行,直接撞要用十幾枚。”周炳紅説,目前這還只是一個設想,希望以後能開展實驗,在太空中進行驗證。

  我國計劃2030年實現一次對小行星的動能撞擊,2030~2035年間實現推離偏轉,到2045年前初步具備小行星軌道控制能力。

  E 天外來客,我們怎麼辦

  如果6600萬年前那顆毀天滅地的希克蘇魯伯小行星再次來襲,人類如何自救?周炳紅認為,我們需要滿足很多條件,才能避免和恐龍一樣的命運。

  “首先,要提前很長時間進行預警,提前幾十年就要知道哪顆小行星會來撞擊我們。然後發射一顆當量非常大、幾千萬噸甚至幾億噸當量的核彈,到達那顆小行星,把核彈埋進小行星內部引爆,把小行星炸碎。”

  另外一種方法是將核能裝置發射到小行星表面,離它有一定的距離比如幾百米,然後引爆它。“核爆産生高速X射線和中子射線等,氣化小行星表面,氣化後有一層物質會對小行星進行反推偏轉。”周炳紅認為,這樣也能在幾年內把小行星偏轉出安全距離。

  “所以為了爭取最大的生存概率,第一是要盡早發現有威脅的大尺寸小行星,第二是要提前很長時間的精確計算撞擊的軌道,然後準備好專用的核能裝置。這些相關的技術都要提前準備,提前驗證,提前把生産出來準備好,隨時應對天外來客。”周炳紅認為,做到了這些,我們能夠避免步恐龍的後塵。

  據科技日報、潮新聞

編輯: 陶玉蓮
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