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365bet亚洲官方投注:美国白宫发布战略行动规划 防范近地天体撞击地球

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上周,在美国马里兰州召开的第六届行星防御会议上进行了一场小行星防御演习。美国宇航局下属喷气推进实验室虚构了一颗可能在2027年4月29日撞击地球的小行星(代号2019PDC),由来自NASA、美国联邦应急管理局、欧洲航天局等机构的专家团队负责迎战小行星,以拯救人类。

新华社上海7月23日电 新闻分析:美俄为何双双启动小行星撞地球“防御计划”?

  近日,美国白宫科技与政策办公室联合美国家科学与技术委员会发布“国家近地天体预防战略与行动规划”(以下简称“战略与行动规划”),对未来10年如何防御可能撞击地球的近地天体以及一旦撞击如何开展救灾等工作从国家层面进行顶层谋划,提出通过5个战略目标来提高预防近地天体撞击地球的能力。

最后的结果是,虽然人类采用动能撞击法将2019PDC撞碎,但一块60米左右的碎块仍在飞向地球,将其“核爆”摧毁的应急方案则无法执行,专家团队只好进行“B计划”,着手评估撞击结果,制定疏散方案。

新华社记者王琳琳

  一、近地天体撞击地球的危害

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美国航空局6月30日宣布批准一项防止小行星撞地球的计划进入初步设计阶段,计划2020年发射航天器撞击一对小行星以改变其轨道。随后,俄罗斯航天集团下属单位表示将从2019年开始筹建近地小行星搜寻追踪系统,及时预警潜在撞击。美俄为何相继启动小行星撞地球“防御计划”?记者就此采访了有关专家。

  近地天体(NEO)指掠过地球轨道或是接近地球的小行星和彗星,其直径大小决定了其撞击地球的危害程度,参见表1。NASA自1998年就开始对近地天体进行探测、跟踪与表征,目前主要对140米直径近地天体进行监测和编目,未来重点将提高对直径50米近地天体的检测和编目。

随着科技的进步,如何主动防御小行星碰撞地球也成为了各国关注的重点。

近地小行星撞击地球的可能性到底有多大?

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主动防御小行星威胁并非“杞人忧天”

美俄采取了巧合的“一致行动”,是不是意味着有可能有小行星撞击地球的危险呢?

  二、通过5大战略目标提高预防近地天体威胁的能力

此次演习虽然只是虚构,但小行星防御问题并非只是科幻故事。一般而言,如果小行星轨道与地球轨道的最小距离小于0.05
AU(注:AU是天文单位,一个天文单位距离约为1.5亿公里),就认为是有潜在碰撞风险的小行星。目前已被确认的超过1.6万颗近地天体中1838颗被认为具有“潜在危险性”。小行星的碰撞可能带来十分严重的后果。据估算,直径为10至50米的小行星撞击地球,即可产生像关岛核弹爆炸一样的威力;直径在100米以上的小行星,就能产生几百万吨级核弹的破坏能量。广为熟知的造成恐龙灭绝等灾难的原因很可能就是由于小行星与地球碰撞。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。陨石进入大气层留下大约10公里长的轨迹。据俄罗斯媒体报道,该次事件中有1500人受伤,1000多间房屋受损。

中科院上海天文台台长洪晓瑜表示,从天文学的角度来说,“杞人忧天”是对的。小行星“光顾”太阳系行星时有发生,只是大部分小行星在进入大气层后会被烧毁、分解,使人们觉得“天上掉下来小行星”很少发生。

  与其他自然灾害不同,近地天体威胁有可能被提前探测到,还可以采取偏转或直接摧毁方式消除该威胁,因此“战略与行动规划”提出通过5大战略目标降低进近地天体威胁。

以前,防御小规模碰撞事件主要采取地面人防工程和躲避等被动方式,但随着科技的进步,如何主动防御小行星碰撞地球也成为了各国关注的重点。如在2018年8月,美国白宫科技与政策办公室联合美国家科学与技术委员会发布“国家近地天体预防战略与行动规划”,对未来10年如何防御可能撞击地球的近地天体,以及一旦撞击如何开展救灾等工作从国家层面进行顶层谋划,并提出通过诸如提高近地天体探测跟踪能力、提高近地天体威胁的建模预测能力、研发偏转或破坏近地天体技术等5个战略目标来提高预防近地天体撞击地球的能力。

美国航天局将直径超过1千米的小行星列作“可造成全球性影响”的潜在威胁天体,并重点观测追踪。美国估计,人类已发现了约93%的此类天体。然而,对于直径小于1千米的小行星,目前还有许多人类尚未观测到,不排除撞击地球、造成区域性破坏的可能。

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小行星主动防御技术存在空天战争潜力

中科院紫金山天文台台长杨戟表示,直径大于140米且离地球轨道小于750万千米的小行星对地球有可能构成直接威胁。但迄今已发现的潜在威胁小行星总数尚不足理论估计数量的三分之一,其中,直径大于40米的近地小行星已发现数量仅占3%。因此,加强对近地小行星的探测是探索和认识太阳系的迫切需要。

  ①提高近地天体探测、跟踪与表征能力。这是地球防御最优先的任务,可为决策和实施有效消除近地天体威胁的行动提供更多时间。地基及空间望远镜都可以探测和跟踪潜在的近地天体威胁,约早期的探测和表征意味着更多的时间来进行预防。

表面看来,小行星主动防御涉及天文和防灾等领域,但其与空天战争有很多的相通之处。从宏观上说,防御小行星撞击地球与防御他方非合作太空目标并与太多本质差别。从微观上说,想如果能够跨越上亿公里以外的小行星进行发现、追踪、监视,并发射航天器抵近、绕飞、撞击、着陆、采样、返回、乃至推离和摧毁,那么同样的手段更加可用于应用到距离更近的人造卫星或其他航天器上。目前主动防御小行星主要有3种设想:用长期作用力来改变小行星轨道、利用动能撞击改变小行星轨道、核爆炸。这些都具备太空军事应用潜力。

人类防御小行星“意外飞来”,存在哪些漏洞?

  ②提高近地天体威胁的建模、预测和信息集成能力。依靠定量的建模与分析能力,可为决策者提供以下近地天体威胁的初步信息:撞击地球的概率、撞击时间和地点、撞击的影响以及防御撞击的方案,为实施防止撞击的措施奠定基础。

用长期作用力来缓慢改变小行星轨道有很多手段,包括太空拖船、引力拖车、用挖掘机使小行星抛出质量、用强激光照射改变小行星表面蒸发量、用表面喷漆等手段改变光压力等。这其中以美国的“小行星重定向计划”最具代表性。美国宇航局从2013年起,开始实施一项名为“小行星重定向任务”的小行星捕捉计划。该计划发射无人飞船与小行星交会并对其予以捕获,并设计了两个方案,一是设想使用一种呈圆筒形的高强度的软式充气袋,捕获一颗体积较小的完整小行星。二是从一颗大型的小行星表面抓取一块2~4米宽的大卵石。当无人飞船将捕获到的小行星拖送到月球附近时,航天员将乘坐“猎户座”多用途飞船奔赴月球远程逆行轨道,出舱对小行星进行直接观察研究和采样,并带着样品返回地球。虽然美国政府在2017年初宣布计划取消“小行星重定向任务”,但是该项目研发的一些关键技术将为其他应用保留。

历史表明,小行星撞击地球发生的概率可能超出人们想象。2013年,一颗陨落的小行星在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸,致使大量建筑受损,数千人受伤。许多宇航机构是通过社交网络和视频网站了解此事的,这表明人类对近地小行星的出没,在认知上存在严重不足。

  ③研发偏转或破坏近地天体的技术。有效应对近地天体威胁的手段包括偏转轨道和直接破坏两种手段,这包括3种能力:一是快速侦察能力,发现有可能撞击地球的近地天体威胁后,需要快速发射航天器与该近地天体进行交会和伴飞以实施抵近侦察,提供更详细和更准确的近地天体信息;二是偏转来袭近地天体的运行轨道,使其偏离地球轨道,这可以通过发射动能撞击航天器(通过撞击改变近地天体运行轨道)、核装置和“重力牵引器”(通过在近地天体附近长期部署航天器通过重力缓慢影响近地天体运行轨道)等来实现;三是使用核武器将来袭近地天体彻底摧毁,使产生的碎片偏离地球或者在大气中烧毁。

不难看出,缓慢改变小行星轨道技术与共轨反卫技术类似。共轨式反卫技术是指将拦截平台送入目标卫星的轨道平面,然后对目标卫星进行破坏。以前航天飞机这类飞行器可以用机械手将对方的卫星拖入舱内带回地面,或直接在太空进行符合己方意愿的改造,这与将小行星捕获后带回地球附近简直如出一辙。

科学家认为,发生在车里雅宾斯克的事件已经是一个无法回避的警告。如果说2013年是车里雅宾斯克运气不好,那么如果20年后,人类的某个地点又在毫无防备的情况下被击中,那可不是坏运气的问题了。

  ④加强预防近地天体威胁的国际合作。近地天体撞击地球的风险是世界范围的危害,国际合作是改善预警和响应的最佳方式,如通过在全球范围内广泛部署望远镜以提高探测能力。美国将在应对这一挑战的国际合作中发挥着领导和主导作用。

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目前,人类在监测近地小行星意外飞来的实践中,还存在哪些漏洞呢?

  ⑤制定和定期演练近地天体撞击应急程序与行动协议。针对在几乎没有任何预警、发现近地天体即将撞击地球的情况,制定应急救灾和恢复程序以减轻撞击的损失。

目前主动防御小行星主要有3种设想:用长期作用力来改变小行星轨道、利用动能撞击改变小行星轨道、核爆炸。

杨戟表示,近地小行星游弋在太阳系各个地域,轨道分布广、亮度低、变化速度快,这为小行星探测造成巨大挑战。目前,监测近地小行星的天文装置,普遍口径小、数量少、站址单一、探测深度有限,有能力的国家需要建设具有大天区搜寻、低亮度探测和动态持续监测能力的高灵敏度天地一体化监测网。

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用航天器动能撞击的方法改变小行星轨道是目前技术可以达到的,相关技术已经被多次试验,以美国的“深度撞击”计划和日本的“隼鸟”计划为例。2005年1月13日美国成功发射彗星探测飞船“深度撞击号”,经过4.31亿公里的长途跋涉,探测器飞抵“坦普尔1号”彗星。在2005年7月4日,探测器本体释放出一颗372公斤级的撞击器,以3.7万公里/小时的速度撞击彗星的彗核,其威力相当于4.5吨TNT烈性炸药的爆炸威力,将彗核表面撞出一个数十米深、足球场那么大的环形坑。而在“隼鸟”计划中,日本
“隼鸟”探测器于2005年10月到达近地小行星丝川(1998号SF36)后,将一枚质量为5g的金属“子弹”以300m/s的速度射向小行星表面,使表面飞溅的碎片被吸入到采样装置中。后续探测器“隼鸟2号”于2019年2月22日8时左右成功在小行星“龙宫”表面着陆,并在不久之后成功轰炸了“龙宫”,据悉“隼鸟号”的“小型携带撞击器”装置在撞击时引爆,创造了一个陨石坑,实际再现了天体碰撞产生陨石坑的过程。

发现具有潜在威胁的小行星,人类目前技术能否实现防御呢?

  三、几点看法

很明显,撞击小行星融合了上升式动能杀伤器技术,该技术的核心之一,是动能拦截器(KKV,kinetic
kill
vehicle)。KKV主要由引导头、计算机及电子设备、姿态/轨道控制设备和电源等组成,与用于拦截大气层内目标的拦截弹不同,KKV主要采用碰撞杀伤,原因在于拦截外空目标时,双方相对速度过高,达5~10千米/秒,目前的近炸引信技术难以在合适的时机精确起爆战斗部。同时KKV与目标碰撞时的质量至少为6~15千克,如此高的速度和质量碰撞时产生的能量可高达数亿焦耳,将会产生气化效应,形成几百万度甚至几千万度的高温高压等离子体,其瞬间的爆炸威力足以彻底摧毁现有的任何类型的目标,杀伤力强
。KKV有两种碰撞方式,一是直接碰撞方式,二是直接碰撞杀伤增强方式,直接碰撞杀伤增强方式是在制导精度满足不了直接碰撞的情况下,在拦截器上增设杀伤增强装置,如伞骨状钢条等,以增加撞击面积。

中科院微小卫星创新研究院新技术中心主任张永合认为,利用人造航天器进入深空接近或撞击小行星是可实现的,但要想让小行星在受控的状态下偏离威胁轨道,或分解成碎片,还面临巨大的技术挑战。

  一是该文件顶层规划美国如何构建近地天体威胁防御体系。在此之前,美国针对近地天体防御也曾颁布过多份文件,但大都停留在战略层面,执行力不强。此次颁布的“战略与行动规划”,不仅从战略层面规划了美国如何建立近地天体威胁探测与预警、建模与分析、偏转或摧毁、应急救援与恢复等完整预防与减灾体系,更为每个目标提出了具体的支持行动,且明确规定了负责机构与完成时限,具有较强的可执行性。依照该“战略与行动规划”,美国将在5~10年内具备改进的近地天体威胁探测与预警能力;2年之内具备分析近地天体威胁的建模与分析能力;5~10年内具备偏转或摧毁近地天体威胁的能力,最终实现在10年内具备防御近地天体威胁的能力。

上升式动能杀伤器技术是目前反卫和外空反导的主要手段之一。如美国在2008年进行的“燃烧冰霜”试验中,用军舰发射“标准-3”导弹击毁了一颗高度为200公里左右的卫星。而在2019年3月27日,印度宣布成功击落了一颗位于距离地面300公里的近地轨道上的卫星,成为除中美俄外第四个掌握反轨道卫星技术的国家。这些卫星应该都是被上升式动能杀伤器击落的。

监测近地小行星,除了预警,还能干什么?

  二是美国近地天体防御能力与技术具有极强的军事应用潜力。虽然根据“战略与行动规划”,近地天体防御的大部分工作都将由NASA、国土安全部、联邦紧急管理局等民事机构负责,但其发展的很多能力与技术都能直接用于空间对抗及太空作战。首先,对非合作目标的在轨操作能力,如发现近地天体威胁后,快速发射航天器对非合作目标——近地天体进行交会、伴飞、抵近侦察以及直接碰撞,可直接用于对对手的天基资产实施侦察与攻击;其次,偏转近地天体的轨道,有潜力使后者成为高速天对地打击武器。而且,美国拟议中的航天军的职能有可能包括防御近地天体威胁,那么届时其军事应用将不言而喻。

核爆炸本身是成熟的技术,是目前人类能产生最大能量的主要手段。采用核拦截器能让威胁地球的小行星产生足够的速度改变,核爆产生的中子和X射线沉积的能量加热了小行星的表面层,并产生快速的流体喷射,将大部分星形团块推向相反的方向。根据能量分析,对预警时间很短或质量很大的小行星威胁,目前只有核爆炸手段可以进行防御。有研究显示认为,对直径大于600米的小行星,除了核爆炸外的其他单一手段均不能在30年有效改变小行星的轨道来解除威胁。而核爆同样是反导的重要手段之一,在大气层外利用核爆产生的X射线和电磁脉冲;在大气层内利用中子流、γ射线、冲击波等的综合效应毁伤来袭弹道导弹。冷战期间美苏双方都使用核爆来弥补拦截弹制导精度的不足,如美苏分别研制和部署了战斗部采用核装药的“卫兵”和“橡皮套鞋”反导弹系统,目前俄罗斯的A-135战略反导系统也采用核弹头。

人类对近地小行星的监测,除了能防止小行星撞地球所造成的生存环境破坏,还能为深空探测提供直接科学支撑。

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综上,小行星主动防御技术与未来空天战争相互融通,只是针对的目标有所不同,这在太空军事化进程不断加快的今天值得世人加以关注。

杨戟表示,近地小行星蕴含着太阳系形成初期的原始信息,是人类开展深空探测的重要科学目标,也是继月球后人类探索太空的重要对象。国际上已有多个组织开始探索开发利用小行星的资源。

  三是要重视近地天体防御相关能力与技术。近地天体威胁是一种“可能极性低但后果严重”的灾害。尽管美国宣称已找出95%以上足以引发全球性灾难的近地天体,而且没有一个会在本世纪内构成威胁,但美国所指的都是直径在140米以上的近地天体,小于该直径的尚未完全被美国探测到。2013年2月,俄罗斯车里雅宾斯克遭遇近地天体的撞击,直径不到20米,但威力却相当于47万吨TNT。这说明,近地天体威胁还是现实存在的,并非“遥不可及、虚无缥缈”。目前除美国,俄罗斯也开积极发展近地天体威胁的防御能力,提出使用核弹摧毁来袭的近地天体。(作者署名:国防科技要闻/廖小刚)

(作者系察哈尔学会研究员)

张永合认为,对地球附近微小行星、近地小行星、空间碎片的普查、跟踪和编目是保障航天和深空探测活动的关键。利用微小卫星技术开展低成本深空小行星探测、采样是当前国际空间科学领域的热点,未来甚至可以利用近地小行星作为深空探测的运载平台,将航天器送入太阳系深处。

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目前,美国、欧洲、俄罗斯、日本建设了近地小行星监测预警的相关基础设施。其中,美国投入了一批新的地面监测设备,并启动建设了下一代巡天望远镜,把近地小行星搜索作为重要业务目标。欧空局利用地面雷达和光电设备监测人造天体、空间碎片和潜在威胁天体,同时计划建设高精度望远镜开展扫描巡天。

我国的近地小行星观测研究有长期积累。中科院紫金山天文台建设了1米施密特近地天体望远镜,近年来成为国际小行星联测网中数据排名领先的台站之一。到目前,已新发现8个近地小行星,并对上千个近地小行星进行了监测,在国际上具有一定影响力。

原标题:新闻分析:美俄为何双双启动小行星撞地球“防御计划”?

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