我们不愿像恐龙那样灭绝!小行星撞击应对计划-DART 项目

如题所述

第1个回答  2022-08-21

文/M叔

图侵删

1987这一年,所有的天文学家都惊出一身冷汗,一个直径804米的小行星冲向地球,好在它以距离地球100多万公里的地方划过,并未被地球的引力捕获,总算有惊无险。

不过有科学家计算过,假如这种大小的行星撞上地球,其冲击力带来的破坏,相当于在撞击处同时引爆两万个氢弹(按100万吨TNT爆炸威力同等的氢弹折算),那对人类来说简直就是噩梦。

自此,NASA和ESA(欧洲太空总署)就开始了谋划地球防御计划。


1994年,苏梅克—列维9号彗星(SL9)被木星引力捕获,木星的巨大引力将SL9撕扯成21块碎片。随后7月17日4时15分到22日8时12分的5天多时间内,这21一块陆续径直撞向木星,在130多个小时里,爆炸一直在木星表面发生,其威力总和等于在木星引爆了20亿颗原子弹。



这是人类首次观测到太阳系里行星之间发生碰撞,很多人除了场面带来的震撼外,更多的是后怕。SL9作为体积较大的小行星,假如撞向的不是木星而是地球,都够人类毁灭好几回了。

也正是因为这件事,加速了地球防御计划的推进。

应对小行星撞击地球,科学家们计划的是在小行星进入地球引力捕获范围前,提前对其进行撞击,以此改变它的运行轨道,这便是名为Don Quijote的防御项目。

即使是理论上具有可行性,但缺乏实验数据,谁也不知道最后成功率有多少。所以在试验初期,需要两个航天器进行合作,一个进行撞击,一个进行观测。

但这个试验方案成本实在是太高,一是测试的地点离地球太远航天器无法回收,意味着每次撞击试验都是敢死队式的有去无回。二是两个航天器导致载重成本直线上升。

最后,ESA否决了计划,而NASA并没有能力独立完成,计划被搁置了十年。

一天清晨,一个名为Andy Cheng 的科学家在早起跑步的过程,突然想到了几年前的Don Quijote项目:为什么不选择撞击双小行星其中一个,这样可以不用一个航天器用于观测,只需要地面观测另一个小行星就可以判断撞击带来的偏离程度,这样成本就大大节省下来了。


他兴奋地将想法告诉了他的团队,不过很快他们就发现寻找试验目标并不是一件容易事儿。首先,双小行星并不多见,处在地面可观测的那就更少了。其次,试验目标不能太大,否则撞击带来的偏离程度不明显。

幸运的是,他们还是找到了合适的目标,名为迪迪莫斯的双小行星。2011年,Andy Cheng将方案上报给NASA,并通过了审核,将项目取名为 "双小行星系统重定向测试"(Double Asteroid Redirection Test,DART), 而他也成为项目负责人之一。

迪迪莫斯直径为1千米,它有个直径160米的卫星名为迪莫弗斯,以12小时每圈的公转速度围绕着迪迪莫斯,以上是人类掌握的全部信息。


1千米直径的迪迪莫斯我们知道它是什么样子,但160米直径的卫星实在太小,人类在地球上根本无法观察它。

怎么在几十公里外开始加速,然后准确撞上一个你根本看不清的小行星卫星的中心,成了本次行动的最大难题。

远程协助定位目标,显然不可能,且不说超远程传输信号延迟和不稳定的问题,光是在地球利用技术手段观测它的具体位置都是问题。


于是,科学家们提出让航天器装备决策系统,到达目标附近自动定位。这个决策系统由相机 Draco 和智能导航系统 Smart Nav 组成。在撞击发生的一个小时前,地面科学家不再操作,而由航天器自己通过Draco抓取卫星的形状及位置,通过自备的AI系统分析,做出调整。这就要求Draco的镜头足够清晰,导航系统足够精确。

但是常用的光学镜头在太空超低温环境会变形,因此研究人员们研制出了能抵抗低温带来扭曲效应的新材料。

DART将在距离地球1100万公里的位置与迪迪莫斯双小行星发生相遇,所以强大的动力系统十分必要。

它将在2021年7月下旬,乘坐 SpaceX 猎鹰 9 号运载火箭脱离地心引力。随后接管航行的将是,与太阳能电池结合的太阳能帆板系统和离子喷射发动机(NEXT-C)。

值得一提的是,这两个新 科技 是首次用于实际航行。


特别是离子喷射发动机,它使用氙气作为推进剂。虽然没有传统液体推进火箭发动机的强大动力,但它有比冲高、动力转换效率高等特点,让航天器可以少携带燃料节约载重,特别适合场远距离太空航行。


而且NEXT-C在最新一轮的太空模拟测试中,面对发射过程中的极端振动以及太空中的极端寒冷等不利因素,各项数据表现得非常优异。

现在的人们往往有种错觉,仿佛人类的科学技术已经十分发达。

其实站在宇宙的尺度下,人类是那么的渺小。无论是小行星撞击的冲击力、超新星爆发带来的超辐射,亦或者太阳的一个喷嚏形成的太阳风,甚至地球自己抖了抖身躯带来的地震,这些人类都无法承受,脆弱得如蝼蚁一般。

幸好,人类还有科学技术这根救命稻草。

DART项目就是人类在这场自卫战中,抓住救命稻草,打出的第一枪反击!

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