小行星/彗星撞擊地球是科幻影視中常見的情節(jié)，也是現(xiàn)實(shí)世界中真實(shí)存在的巨大威脅。

小行星撞擊被認(rèn)為是6500-6600萬年前恐龍滅絕的主要原因。2017年、2018年、2019年、2020年，連續(xù)四顆火流星分別襲擊了我國(guó)云南省香格里拉、云南省西雙版納、吉林省松原、青海省玉樹地區(qū)，引發(fā)了社會(huì)熱議，以及國(guó)內(nèi)學(xué)者和政府機(jī)構(gòu)對(duì)行星防御研究的重視。

今年4月24日，在中國(guó)航天日開幕式上，中國(guó)國(guó)家航天局局長(zhǎng)張克儉曾表示：“站在新的歷史起點(diǎn)，中國(guó)航天將論證實(shí)施探月工程四期、行星探測(cè)工程、建設(shè)國(guó)際月球科研站、近地小行星防御系統(tǒng)，拉開新時(shí)代探索九天的新序章”。

那么，如何對(duì)付有威脅的小行星？就像電影中一樣上核彈？

目前的主流方案是“傳統(tǒng)動(dòng)能撞擊”（Classical Kinetic Impactor/CKI），但是在短期預(yù)警時(shí)間條件下，無法有效防御直徑140米級(jí)的危地小行星。

中國(guó)科學(xué)院復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王藝睿博士、李明濤研究員、周炳紅研究員、中國(guó)空間技術(shù)研究院北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所龔自正研究員、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院北京宇航系統(tǒng)工程研究所王建明高工、王傳魁高工，聯(lián)合設(shè)計(jì)了“航天器火箭末級(jí)組合動(dòng)能撞擊方案”（Assembled Kinetic Impactor/AKI），簡(jiǎn)稱“末級(jí)擊石”。

根據(jù)這一方案，航天器進(jìn)入深空逃逸軌道后，火箭末級(jí)與航天器不實(shí)施星箭分離，由航天器操控末級(jí)組合體撞向危地小行星，從而充分利用火箭末級(jí)的剩余重量，提升撞擊小行星的動(dòng)量，進(jìn)而提升小行星軌道偏轉(zhuǎn)能力。

“末級(jí)擊石”行星防御任務(wù)方案示意

科研人員參考長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭的技術(shù)參數(shù)，假設(shè)火箭末級(jí)重量為6.5噸，以偏轉(zhuǎn)直徑約492米的Bennu小行星軌道為例，開展了數(shù)值仿真。

結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)動(dòng)能撞擊方案，利用單發(fā)長(zhǎng)征五號(hào)發(fā)射“末級(jí)擊石”任務(wù)的偏轉(zhuǎn)效果，可以等效于三發(fā)長(zhǎng)征五號(hào)發(fā)射傳統(tǒng)動(dòng)能撞擊任務(wù)的偏轉(zhuǎn)效果。

利用此方案，對(duì)于十年內(nèi)偏轉(zhuǎn)直徑140米的小行星軌道，偏轉(zhuǎn)距離可由不足一倍地球半徑提升至一倍地球半徑以上，為十年預(yù)警時(shí)間條件下偏轉(zhuǎn)直徑140米級(jí)危地小行星提供了一種潛在高效技術(shù)手段。

兩種動(dòng)能撞擊方式對(duì)140米級(jí)小行星的防御效果對(duì)比

該成果以“Assembled Kinetic Impactor for Deflecting Asteroids by Combining the Spacecraft with the Launch Vehicle Upper Stage ”為題 ，于近期發(fā)表在行星科學(xué)領(lǐng)域知名期刊Icarus上，審稿人評(píng)價(jià)該文章“This is an intriguing, simple and, to my knowledge, novel idea（有趣、簡(jiǎn)單、新穎的想法）”。

該成果得到北京市重大科技專項(xiàng)、民用航天技術(shù)預(yù)先研究、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員項(xiàng)目、中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)和中科院國(guó)家空間科學(xué)中心重點(diǎn)培育方向等課題資助。