重力拖拉機(jī)簡介
據(jù)研究地球周圍有6363顆小行星,這些行星都存在撞擊地球的威脅,科學(xué)家表示,一顆直徑超過30米的行星撞擊都會(huì)給地球帶來災(zāi)難。
歐洲航空防務(wù)和航天公司旗下阿斯特里姆公司的英國研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一個(gè)名為“重力拖拉機(jī)”的飛行器,長30米,重10噸。科學(xué)家一旦發(fā)現(xiàn)哪顆小行星對(duì)地球構(gòu)成威脅,就可以發(fā)射重力拖拉機(jī),追蹤這顆小行星并改變其運(yùn)行軌道。
重力拖拉機(jī)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)小行星會(huì)在距離其表面約48米的位置環(huán)繞飛行,產(chǎn)生微小引力,慢慢牽引小行星,數(shù)年后使小行星偏離原先軌道,避免撞向地球。研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)出重力牽引機(jī)并規(guī)劃好操作細(xì)節(jié)。如果發(fā)現(xiàn)有小行星處在可能撞擊地球的軌道上,科學(xué)家們憑借現(xiàn)有技術(shù),可以在短時(shí)間內(nèi)制造出重力拖拉機(jī)。
重力拖拉機(jī)原理
“重力拖拉機(jī)工作的原理非常簡單,就是最基本的物理原理萬有引力定律,任何具有質(zhì)量的東西自身均產(chǎn)生引力影響周圍物體,”阿斯特里姆公司科學(xué)與探索事業(yè)發(fā)展經(jīng)理拉爾夫·科爾代說。 “重力拖拉機(jī)可以修正天體的飛行軌道,這種天體的直徑甚至可以為三四百米,”英國《每日電訊報(bào)》援引科爾代的話報(bào)道,“小行星們在太陽系中以10萬公里每秒的速度飛馳,所以只需要很小的推力就可以改變它的軌道。”
在發(fā)現(xiàn)可能對(duì)地球構(gòu)成威脅的小行星后,必須在預(yù)定碰撞時(shí)間至少20年前發(fā)射重力拖拉機(jī),以保證有足夠的時(shí)間對(duì)小行星產(chǎn)生引力作用。以直徑274米的小行星為例,重力拖拉機(jī)可以在15年間使小行星軌道發(fā)生顯著偏離,令它不會(huì)撞向地球。
狹窄的“鎖眼”
在一些情況下,威脅地球的小行星再次返回可以碰撞地球時(shí),會(huì)穿過太空中狹窄的“鎖眼”。如果它們運(yùn)行時(shí)錯(cuò)過鎖眼位置,并且它們可能僅有數(shù)百米直徑,就會(huì)避免與地球發(fā)生碰撞。斯維卡特告訴《新科學(xué)家》雜志說,“重心拖拉機(jī)可以實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)工作,它可以非常輕微、精確地改變小行星運(yùn)行軌道,從而使小行星避開了鎖眼位置。”
輕微的牽引力
對(duì)于處理潛在碰撞地球的小行星,科學(xué)家可采用重心拖拉機(jī),大約1噸重的重心拖拉機(jī)會(huì)距離小行星150米處盤旋,通過釋放輕微的重心作用力,每天僅改變小行星運(yùn)行速率0.22微米/秒,經(jīng)過長期作用,將使小行星遠(yuǎn)離鎖眼位置。
英國一個(gè)工程師小組已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種名為“重力拖拉機(jī)(gravity tractor)”的飛船,用以拯救地球,避免地球被小行星摧毀。
改變行星運(yùn)行路徑
“重力拖拉機(jī)”在數(shù)年里不斷慢慢改變小行星的運(yùn)行路線,確保地球免遭撞擊。這種重力拖拉機(jī)利用基本物理學(xué)原理——有質(zhì)量的每一種物體都能用自身重力對(duì)周圍物體產(chǎn)生影響。重力拖拉機(jī)能移動(dòng)直徑是300米到400米的大天體。小行星以每秒10公里的速度在太陽系里到處亂竄,只要對(duì)它們稍稍施加外力,就能改變它們的運(yùn)行路徑。
需提前發(fā)射
重力拖拉機(jī)大約需在一顆小行星撞上地球20年前發(fā)射升空,以便它有足夠時(shí)間改變圍繞太陽運(yùn)行的小行星的軌道,中途攔截它。該飛船在從太空巖石上方飛過時(shí),會(huì)利用4個(gè)高效低能推進(jìn)器(深空探測器經(jīng)常使用的離子推進(jìn)器)改變自身位置,利用自身重力改變小行星的運(yùn)行方向,避免它與地球相撞在一起。重力拖拉機(jī)要使一顆直徑大約是300碼(274.32 米)的小行星的運(yùn)行角度改變1英寸,使它避免與地球發(fā)生相撞,大約需要15年時(shí)間。
重力拖拉機(jī)發(fā)明背景
一顆小行星或彗星與木星數(shù)周前發(fā)生碰撞,導(dǎo)致木星大氣層出現(xiàn)一個(gè)地球大小的撞擊傷痕。科學(xué)家認(rèn)為,小行星對(duì)地球造成威脅只是一個(gè)時(shí)間問題。“任何直徑大于30米的天體對(duì)地球都是威脅,”科爾代說。
重力拖拉機(jī)原理釋義圖
研究人員認(rèn)為,一顆足球場大小的小行星就可以摧毀一個(gè)大城市,并且會(huì)引發(fā)海嘯等其它災(zāi)難,而直徑393米的小行星撞擊地球產(chǎn)生的威力相當(dāng)于1945年廣島爆炸的10萬倍。
1908年,一顆足球場大小的隕石在西伯利亞通古斯湖上空發(fā)生大爆炸,毀滅了周圍近2000平方公里森林,而這種事件大約每100年就會(huì)發(fā)生一次。
美國國家航空估計(jì),約有10萬顆足以摧毀一個(gè)大城市的小行星在鄰近地球空間運(yùn)行,而目前為止僅追蹤到其中6363顆。英國近地天體情報(bào)中心項(xiàng)目管理人凱文·耶茨認(rèn)為,有必要就如何應(yīng)對(duì)小行星帶來的威脅建立國際協(xié)定,因?yàn)椤翱赡軙?huì)產(chǎn)生多種政治麻煩,比如改變小行星軌道僅僅使它的撞擊目標(biāo)從地球上一個(gè)國家變?yōu)榱硪粋€(gè)國家”。
為了避免發(fā)生這種毀滅性大災(zāi)難,歐洲EADS Astrium公司的工程師設(shè)計(jì)了“重力拖拉機(jī)”,該公司負(fù)責(zé)為美國宇航局和歐洲設(shè)計(jì)并制造飛船。總部設(shè)在赫特福德郡斯蒂文尼奇(Stevenage)的該科研組認(rèn)為,這種飛船可以改變直徑達(dá)430碼(393.19米)的小行星的運(yùn)行方向。
重力拖拉機(jī)技術(shù)應(yīng)用
重力拖拉機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)
在模擬實(shí)驗(yàn)中,簡單的控制系統(tǒng)使太空船停留在太空某處,放置在小行星上的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器可以監(jiān)控其位置,因此確定其運(yùn)行軌道將比其他方法更加精確。模擬的小行星直徑為140米寬,其拉伸外形類似于“系川”(Itokawa)小行星,2005年日本“隼鳥”太空船曾接近這顆小行星。如同真實(shí)小行星一樣,實(shí)驗(yàn)中模擬的小行星處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài),這一點(diǎn)是非常重要的,由于不均勻的重心效應(yīng)會(huì)使重心拖拉機(jī)離開初始位置。
重力拖拉機(jī)相關(guān)新聞
2004年,一顆名為阿波菲斯(Apophis)的小行星備受關(guān)注,因?yàn)橥ㄟ^計(jì)算科學(xué)家發(fā)現(xiàn),它將從非常近的地方飛越地球。根據(jù)它圍繞太陽的運(yùn)行軌跡可知,它在2029年與地球相撞的可能性是三十七分之一,這是有史以來地球面臨的威脅。2029年小行星撞地球的假設(shè)稍后被排除了,但是科學(xué)家擔(dān)心這顆小行星2036年仍會(huì)從太空中被稱作“鎖眼(keyhole)”的關(guān)鍵點(diǎn)經(jīng)過,與地球相撞在一起。
據(jù)英國新科學(xué)家雜志報(bào)道,一項(xiàng)研究顯示,“重力拖拉機(jī)”可以偏移威脅地球的小行星,從而避免小行星碰撞地球。如果一顆太空巖石朝向地球運(yùn)行,包括重力拖拉機(jī)在內(nèi)的綜合性技術(shù)可以拯救地球。英國近地物體信息中心(UK Near Earth Object Information Centre)項(xiàng)目經(jīng)理凱文·亞特斯說:“重力拖拉機(jī)是一種越來越受歡迎的小行星撞地球解決辦法。