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，掠過地球靜止衛(wèi)星的范圍。在未來十年中，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，其2029年的飛越將使其通過引力匙孔-地球重力場中的一個位置，它將拉動小行星的軌跡，以便在其下一次飛越時，在2036年，這可能會產(chǎn)生毀滅性的影響。

值得慶幸的是，最近的觀察結果已經(jīng)證實，小行星將在2029年和2036年無任何事故地繞地球飛行。然而，大多數(shù)科學家認為，如果一個小行星與我們的房屋一起墜毀，那么考慮偏轉小行星的策略永遠不會太早。行星。

現(xiàn)在，麻省理工學院的研究人員已經(jīng)設計出一種框架，用于確定哪種類型的任務最能成功偏轉小行星。他們的決策方法考慮到小行星的質量和動量，其與重力鎖孔的接近程度以及科學家即將發(fā)生碰撞的警告時間-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。

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

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確定在小行星可能朝著小行星前進的各種情況下偏轉Apophis和Bennu的任務類型可能最成功。重力鎖孔。他們說，該方法可用于設計最佳的任務配置和運動，以偏轉可能有害的近地小行星。

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

2007年，美國宇航局在提交給美國國會的報告中得出結論，如果小行星朝向地球，最有效的偏轉方法是將核彈發(fā)射到太空。它的爆炸力將把小行星炸開，盡管那時星球將不得不應對任何核塵埃。在行星防御界，使用核武器減輕小行星撞擊仍然是一個有爭議的問題。

第二個最佳選擇是發(fā)射“動力沖擊器”，即航天器，火箭或其他彈丸，如果以正確的方向對準正確的方向，應與小行星碰撞，轉移其部分動量，然后偏離路線。

Paek解釋說：“基本的物理原理有點像打臺球。”

但是，要使任何動力撞擊器成功，航空航天工程學教授德·威克(De Weck)表示，必須“盡可能精確地知道小行星的性質，例如其質量，動量，軌跡和表面成分” 。”這意味著，在設計偏轉任務時，科學家和任務經(jīng)理需要考慮不確定性。

德威克說：“執(zhí)行一次任務的概率是99.9%還是只有90%無關緊要?在轉移潛在的行星殺手方面，您敢打賭。”“因此，根據(jù)不確定性程度來設計任務時，我們必須變得更加聰明。以前沒有人以這種方式研究過這個問題。”

關閉鑰匙孔

Paek和他的同事開發(fā)了一個模擬代碼，以識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任務的類型。

他們考慮的任務包括一個基本的動力學撞擊器，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，或派遣兩個偵察員，一個偵察小行星，另一個偵察小行星，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，例如小行星的質量，動量和軌跡，以及每個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家在小行星穿過鎖孔之前所花費的時間都考慮在內(nèi)。

佩克說：“鎖孔就像一扇門，一旦打開，小行星很快就會撞擊地球。”

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

然后，他們評估了三種主要任務類型中哪種最能成功地將小行星偏轉到安全港中，具體取決于科學家需要準備的時間。

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

佩克說：“即使主要的撞擊器也可能無法在這段時間內(nèi)到達小行星。”

本努(Bennu)是一個類似的案例，盡管科學家對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。

利用該團隊的新模擬工具，Peak計劃在將來評估其他偏轉任務的成功率。

“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)射多個較小的航天器，使其與小行星逐一碰撞?；蛘呶覀兛梢詮脑虑虬l(fā)射彈丸，或者使用失效的衛(wèi)星作為動力。沖擊器。” Paek說。“我們創(chuàng)建了一個決策圖，可以幫助完成任務原型。”