科学家打算用空气制动实现精准捕获

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■新宇，本报见习记者

在小行星家族中，那些轨道与地球轨道相交的近地小行星由于具有一定的可接近性，可以提供太阳系形成和演化的关键信息。这个值已经成功地吸引了科学家的注意，并且已经对小行星进行了一系列的探索任务。

此外，科学家们认为，近地物体可以提供一些有用的资源来支持未来的空间活动，例如航天器推进剂制造和维持生命的消耗品。

因此，人们对这种低能量战略非常感兴趣——近地小行星在地球附近被捕获，它们的资源被开发和利用。

最近，来自英国格拉斯哥大学的胡明·谭(音)的团队提议通过空气动力制动将近地小行星捕获到地球轨道上，这有望为空间站提供水、贵金属和其他资源。相关研究成果发表在《国际宇航杂志》上。

气动制动节省捕获能耗

研究人员讨论了应用脉冲力改变小行星轨道的策略，以及使用空气动力学制动来减缓小行星的运动速度，从而使近地小行星可以直接在环绕地球的轨道上被捕获。

考虑到空气动力制动会捕获小行星，并且有失控并撞击地球的风险，研究人员首先对候选小行星进行了空气动力制动危险分析。分析中包括的小行星是直径小于30米的近地小行星。原则上，这些小行星并不危险。经过计算，发现小行星2005 VL1是最理想的目标之一，其推力小于10米/秒

为了将近地小行星捕获到地球轨道，必须首先考虑小行星的大小和速度。国家天文台的一位不愿透露姓名的专家说，如果小行星的质量非常大，而且它的速度与地球的轨道速度相差太多，那么通过改变轨道来捕获小行星将需要很大的能量。

研究人员在文章中表示，降低近地小行星捕获的总能源成本是未来小行星捕获任务的关键。空气动力制动是通过在飞机上安装空气动力板(速度制动器)等装置来实现制动的减速方法，在一定程度上可以节约能耗。

中国科学院紫金山天文台研究员纪在接受《中国科学日报》采访时表示，这种利用大气阻力减缓物体进入轨道的方法在航空航天相关领域的应用已经相对成熟。美国的火星探测计划利用大气制动原理来节省大量燃料并减少航天器的轨道。

控制小行星的运动非常困难。

“我认为这是个好主意。”天文学家雪莉·菲伯-拜尔没有参与这项研究，她说。然而，北达科他州大学大狐狸太空研究天文台的主任补充道:“纸上谈兵很容易，但实践起来却很困难。”

美国宇航局提出了近地小行星改向任务(ARM)，向近地小行星发射宇宙飞船，以某种方式改变小行星的轨道，并将小行星(或小行星的一部分)捕获到绕月球的长距离逆行轨道。"然而，这项任务非常困难."纪说:

对此，来自国家天文台的专家表示，以目前的技术，我们可以精确计算小行星的轨道并实现定位，“但要“拖动”小行星是非常困难的。

要考虑的一个重要因素是小行星的大小，它是否能改变它的轨道并把它推到地球附近的轨道上。

在这项研究中，谭将直径小于30米的近地小行星列入候选名单。他用一个公式来计算近地小行星的直径，其中包括两个参数——小行星的绝对星等h和反照率pv。由于结构和材料不同，小行星的反照率差异很大。研究人员通过设定一定的反照率值来计算小行星的直径。对此，冀表示，小行星大小的估计存在不确定性。

此外，由于小行星不是一个完美的球体，小行星的形状也会影响其轨迹的控制。伦敦帝国理工学院的物理学家米勒-沃达格指出，由于小行星的不规则形状，小行星在改变轨道时可能会受到扭矩、旋转和失去控制。

开发资源还是毁灭地球

多年来，科学家们一直试图通过登陆小行星来获取资源。目前，它处于开发小行星采矿方法的最早阶段。美国的奥西里斯-雷克斯和日本的隼鸟2号是收集小行星样本并将其送回地球的探测器。

谭在文章中指出，通过将小行星“引”向地球，可以开采小行星上的铂或水，甚至可以将水分解成氢和氧作为燃料，为太空任务提供保障。如果地球的大气层能够变成获取小行星丰富资源的手段，这无疑将是进一步探索太空的重要一步。

同时，一些科学家怀疑这种危险。穆勒-沃达格和菲伯-拜尔说，如果小行星靠近地球，它可能会导致小行星撞击地球，甚至造成大范围的死亡和毁灭。

尽管许多近地小行星的轨道相对来说是已知的，但它们的组成并不相同。小行星成分复杂，表面差异很大。它们可以是布满灰尘的金属块或漂浮的岩石，通过空间松散地堆积在一起。金属和其他致密物质与轻质岩石的反应不同。

地球大气相对较厚，大气阻力大，理论上可以对小行星起到减速作用。然而，让小行星更接近大气层需要非常精确的操作。纪说:“如果有偏差，小行星将在大气中爆炸，流星雨般的‘小炸弹’可能会落到地球上，后果不堪设想。”

谭对此表示反对，他说这项研究只关注直径小于30米的小行星，如果这些小行星撞击地球的低层大气，它们就会蒸发。然而，他承认，如果小行星是由高密度材料如铁制成的，那么小行星可能不会完全燃烧，需要特别小心。

相关论文信息:doi:10.1016/j . actastro . 2018 . 08 . 007

中国科学新闻(2018-09-06第三版国际版)