2029年4月13日，一塊比艾菲爾鐵塔高的冰冷大塊太空巖石將以每秒30公里的速度在地球上掠過(guò)，掠過(guò)地球靜止衛(wèi)星的范圍。在未來(lái)十年中，這將是穿越地球軌道的最大小行星之一最接近的方法。

對(duì)小行星(稱為99942 Apophis)的觀察表明埃及的混亂之神曾經(jīng)建議說(shuō)，其2029年的飛越將使其通過(guò)引力匙孔-地球重力場(chǎng)中的一個(gè)位置，它將拉動(dòng)小行星的軌跡，以便在其下一次飛越時(shí)，在2036年，這可能會(huì)產(chǎn)生毀滅性的影響。

值得慶幸的是，最近的觀察結(jié)果已經(jīng)證實(shí)，小行星將在2029年和2036年無(wú)任何事故地繞地球飛行。然而，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，如果一個(gè)小行星與我們的房屋一起墜毀，那么考慮偏轉(zhuǎn)小行星的策略永遠(yuǎn)不會(huì)太早。行星。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種框架，用于確定哪種類型的任務(wù)最能成功偏轉(zhuǎn)小行星。他們的決策方法考慮到小行星的質(zhì)量和動(dòng)量，其與重力鎖孔的接近程度以及科學(xué)家即將發(fā)生碰撞的警告時(shí)間-所有這些都具有一定程度的不確定性，研究人員還將這些因素確定為給定小行星最成功的任務(wù)。

研究人員將他們的方法應(yīng)用于Apophis和另一顆近地小行星Bennu，這是OSIRIS-REx的目標(biāo)，這是NASA的一項(xiàng)業(yè)務(wù)任務(wù)，計(jì)劃在2023年將Bennu的地表材料樣本返回地球。麻省理工學(xué)院的學(xué)生建造的這也是該任務(wù)的一部分，其任務(wù)是表征表面化學(xué)元素的豐度。

在本月刊《 Acta Astronautica》上發(fā)表的一篇論文中，研究人員使用他們的決策圖來(lái)確定在小行星可能朝著小行星前進(jìn)的各種情況下偏轉(zhuǎn)Apophis和Bennu的任務(wù)類型可能最成功。重力鎖孔。他們說(shuō)，該方法可用于設(shè)計(jì)最佳的任務(wù)配置和運(yùn)動(dòng)，以偏轉(zhuǎn)可能有害的近地小行星。

這項(xiàng)研究的主要作者，麻省理工學(xué)院前研究生Sung Wook Paek說(shuō)：“當(dāng)小行星已經(jīng)通過(guò)了一個(gè)鎖孔并正在與地球碰撞時(shí)，人們通常會(huì)考慮最后一分鐘的偏轉(zhuǎn)策略。”航空航天。“我有興趣在地球撞擊之前防止鑰匙孔通過(guò)。這就像是先發(fā)制人的罷工，減少了混亂。”

2007年，美國(guó)宇航局在提交給美國(guó)國(guó)會(huì)的報(bào)告中得出結(jié)論，如果小行星朝向地球，最有效的偏轉(zhuǎn)方法是將核彈發(fā)射到太空。它的爆炸力將把小行星炸開(kāi)，盡管那時(shí)星球?qū)⒉坏貌粦?yīng)對(duì)任何核塵埃。在行星防御界，使用核武器減輕小行星撞擊仍然是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。

第二個(gè)最佳選擇是發(fā)射“動(dòng)力沖擊器”，即航天器，火箭或其他彈丸，如果以正確的方向?qū)?zhǔn)正確的方向，應(yīng)與小行星碰撞，轉(zhuǎn)移其部分動(dòng)量，然后偏離路線。

Paek解釋說(shuō)：“基本的物理原理有點(diǎn)像打臺(tái)球。”

但是，要使任何動(dòng)力撞擊器成功，航空航天工程學(xué)教授德·威克(De Weck)表示，必須“盡可能精確地知道小行星的性質(zhì)，例如其質(zhì)量，動(dòng)量，軌跡和表面成分” 。”這意味著，在設(shè)計(jì)偏轉(zhuǎn)任務(wù)時(shí)，科學(xué)家和任務(wù)經(jīng)理需要考慮不確定性。

德威克說(shuō)：“執(zhí)行一次任務(wù)的概率是99.9%還是只有90%無(wú)關(guān)緊要?在轉(zhuǎn)移潛在的行星殺手方面，您敢打賭。”“因此，根據(jù)不確定性程度來(lái)設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，我們必須變得更加聰明。以前沒(méi)有人以這種方式研究過(guò)這個(gè)問(wèn)題。”

關(guān)閉鑰匙孔

Paek和他的同事開(kāi)發(fā)了一個(gè)模擬代碼，以識(shí)別在小行星具有不確定屬性的情況下最有可能獲得成功的小行星偏轉(zhuǎn)任務(wù)的類型。

他們考慮的任務(wù)包括一個(gè)基本的動(dòng)力學(xué)撞擊器，在該撞擊器中，將一枚彈丸射入太空，以使小行星偏離航向。其他變化包括派遣偵察員先測(cè)量小行星以磨練將在以后發(fā)送的彈丸的規(guī)格，或派遣兩個(gè)偵察員，一個(gè)偵察小行星，另一個(gè)偵察小行星，使小行星偏離較大的彈丸。隨后發(fā)射升空，使小行星幾乎可以肯定地想念地球。

研究人員將模擬變量輸入到模擬中，例如小行星的質(zhì)量，動(dòng)量和軌跡，以及每個(gè)變量的不確定性范圍。最重要的是，它們將小行星與重力鎖孔的距離以及科學(xué)家在小行星穿過(guò)鎖孔之前所花費(fèi)的時(shí)間都考慮在內(nèi)。

佩克說(shuō)：“鎖孔就像一扇門，一旦打開(kāi)，小行星很快就會(huì)撞擊地球。”

研究人員在Apophis和Bennu上測(cè)試了他們的模擬，Apophis和Bennu是僅有的幾個(gè)小行星中的兩個(gè)，它們的重力鎖孔相對(duì)于地球的位置是已知的。他們模擬了每個(gè)小行星與它們各自的鎖孔之間的各種距離，并針對(duì)每個(gè)距離計(jì)算了一個(gè)“安全港”區(qū)域，在該區(qū)域中，小行星必須偏轉(zhuǎn)，以便既避免撞擊地球又避免穿過(guò)附近的任何其他鎖孔。

然后，他們?cè)u(píng)估了三種主要任務(wù)類型中哪種最能成功地將小行星偏轉(zhuǎn)到安全港中，具體取決于科學(xué)家需要準(zhǔn)備的時(shí)間。

例如，如果Apophis將在五年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)通過(guò)鑰匙孔，那么在派遣主要撞擊者之前，有足夠的時(shí)間派出兩個(gè)偵察員-一個(gè)用于測(cè)量小行星的尺寸，另一個(gè)在測(cè)試中將其略微偏離軌道進(jìn)行測(cè)試。如果在兩到五年內(nèi)發(fā)生鑰匙孔通過(guò)，則可能有時(shí)間派遣偵察員測(cè)量小行星并調(diào)整較大彈丸的參數(shù)，然后再將撞擊器送去轉(zhuǎn)移小行星。佩克說(shuō)，如果阿波菲斯在地球一年或更短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)其鑰匙孔，那可能為時(shí)已晚。

佩克說(shuō)：“即使主要的撞擊器也可能無(wú)法在這段時(shí)間內(nèi)到達(dá)小行星。”

本努(Bennu)是一個(gè)類似的案例，盡管科學(xué)家對(duì)它的材料成分了解得更多，這意味著在發(fā)射彈丸之前可能不必派遣偵察員。

利用該團(tuán)隊(duì)的新模擬工具，Peak計(jì)劃在將來(lái)評(píng)估其他偏轉(zhuǎn)任務(wù)的成功率。

“我們可以改變發(fā)射的次數(shù)，而不是改變彈丸的大小，而是發(fā)射多個(gè)較小的航天器，使其與小行星逐一碰撞。或者我們可以從月球發(fā)射彈丸，或者使用失效的衛(wèi)星作為動(dòng)力。沖擊器。” Paek說(shuō)。“我們創(chuàng)建了一個(gè)決策圖，可以幫助完成任務(wù)原型。”