以人类目前的科技水平,能否捕获一颗太阳系内小行星,并让它砸中某个特定的地面目标?
题主出这样的问题,是要给某些不受欢迎的国家的一些目标进行飞火流星式打击吗?必须说这基本上是做不到的,因为天文学家们对大量的近地小行星都是有监控的,被人为操控的小行星很快就会被发现。不过既然题主如此一问,我们就单从技术方面联系一下。
回答这个问题必须得说是多大的小行星。如果是直径几十上百公里的,人类的技术目前还无法控制,如果是直径一百米以内的,距离又足够远,人类的技术基本上能很好的控制它,如果到了300米,而且距离足够远的话,估计我们勉强还能够控制,再大的话基本上就控制不了了,而且如果小行星距离地球非常近,只有10万公里,那么即便是直径一百米的小行星,人类也无法有效控制。
要控制飞来的小行星,必须提前向小行星上面发射火箭,安装到小行星上后利用它的推力改变小行星的轨道和控制它的飞行姿态,这需要在小行星上面安装多一个火箭发动机,其技术就像我们控制人造卫星的飞行状态一样,但是通常小行星的体积和质量都比人造卫星大得多,所以对它的控制是一个需要精密技术的活计。
首先,我们需要提前很长时间把火箭发动机和燃料送到小行星上面,把它们安装到合适的位置,然后再不断的修正它的轨道,让它向着地球前进,在前进的路途再不断的修正它向地球上某个目标的前进路线,尽量减少它撞击目标的误差,整个过程其实就像发射洲际导弹差不多,但是在精确度上会和火箭或者导弹差得很远,不过引导直径几十米的小行星撞击地球上的某个目标这样的事情,人类目前的技术应该说是可以完成的。
目前肯定是不能,不仅目前不能,在可预见的数十年内都不可能实现。 不过这也为将来战争提供了一种思维,故意制造行星撞击事故来打击某一区域,嫁祸于自然力量。
原因就是物体的惯性。
惯性是物体的固有属性,表现为对改变原有运动状态阻抗的特性,同引力一样是物理学的一大谜团,质量越大,惯性就越大,改变原有的运动特性就越难。
捕获需要持续的动力
捕获小行星并不是像我们想的那样,抓住一个飞行中的小石头,再扔出去就完事了,事实上即使是小行星,直接动辄也几公里,大的小行星直径能达到几十上百公里,而且是高速飞行中,动能非常大,要想捕获,不可以硬抓,因为这么高的动能直接撞击会粉身碎骨,只能采用缓冲减速的方式捕获,再持续赋予它动能,加速向特定目标抛出去。
要实现这个,至少表示人类已经能制造超大型宇宙飞船,这在可预见的时间内是不可能实现的。
目前人类可以做到的
目前阶段,人类唯一可能改变小行星运行轨道情况只有一种,就是小行星向地球附近飞来,与地球擦肩而过时,由于地球的引力作用,小行星的飞行路径会呈抛物线形,然后在远离地球时,人类发射一颗核弹,在小行星路过的特定位置引爆,可以略微改变小行星的运行轨迹,不过这种改变限制条件很大,首先小行星要经过地球附近,其次人类要获取小行星质量、速度、飞行路径等详细参数,还要发射航天器搭载核弹,总之成功的概率非常非常小。
在地球上,人类是王者,但关于宇宙,人类了解的还很少,能做的事情更是微乎其微。
如果宇宙中的陨石向地球飞来,防空导弹能击落吗?
宇宙中有许许多多的流散的小行星或者是陨石,在太空环境下四处的游荡,有时会有一些小行星或者陨石在经过地球的时候,会被地球的引力场吸引,从而被地球捕获,坠落到地球上。
这些“外来客”的体积大小不一,构成结构也会有不同,这种差异导致这些“外来客”对地球的影响也就不一样了。这些“外来客”,在经过地球的大气层时,会和大气层产生摩擦,而摩擦又会产生大量的热量,一些小个的可能还没有落到地面上就在空中被融化或者气化完了。而另一些大个的可能就不怎么影响,落在地面上砸出一个大坑来,有些的影响可能更大,就像毁灭恐龙的那颗小行星一样。伴随着科技的不断发展更新,导弹开始出现在人类的世界。都知道导弹是可以锁定打击目标的,而且像一些洲际导弹的射程也比较远,再加上核弹头的威力也是非同凡响的。因此,使用导弹去拦截这些“外来客”的想法就这样一点点的开始浮现在人类的脑海里面。那么,这种方法有效果吗?从理论上来讲是有效果的,但是具体还是和目标的体积有关,而在绝大数情况下都是没有效果的。就目前的导弹而言,最强的导弹可以拦截时速3千米/秒的目标,而这些“外来客”的飞行速度大多都是至少在11千米/秒,只能靠着提前计算轨道进行部署打击,而这仅仅能对付一些小个的,通过改变导弹携带的当量多少打击不同的目标,但在一些大个的面前,就像是鸡蛋撞石,甚至是都无法改变一丝运动轨迹。但是,在以后人类肯定能够做到的。世界上有导弹,也有导弹防御系统。目前来看,再牛的导弹防御系统也不能对来袭的导弹进行精准拦截。想突破拦截系统的拦截,一个常用的方法就是增大导弹的速度,把自己的速度提上来,对方就难以进行精准拦截。萨德导弹防御系统对速度比较高的导弹仍然是无能为力。
很多导弹的飞行速度连1千米每秒都不到,拦截导弹的飞行速度大一些,像爱国者导弹的飞行速度能超过2千米每秒。速度能够超过3千米每秒的导弹很少,当然这样的导弹若是来了,导弹防御系统基本就是一个摆设。
陨石的速度可是能够甩导弹一大截。理论计算可以知道,落到地球上的陨石,最小速度也要在11千米每秒附近,这个最小速度就是很多导弹飞行速度的10倍以上。快的陨石飞行速度能达到50-60千米每秒,对于这样的陨石,目前再牛的导弹防御系统也只能望石兴叹,甚至根本还没探测到陨石的到来,陨石就已经撞到地上了。
陨石不发光,也不向后喷气,所以很多个头不是很大的陨石在进入大气层之前,人类很可能观察不到。只有进入大气层一定距离后才会因和大气层摩擦发光发热。当人类观测到发光的流星时,几乎没有任何时间能够让你做出反应去拦截它。
好在地球有大气层,大气层就是保护人类免遭更多陨石撞击的防弹衣,不然看看月球表面的千疮百孔就知道了。小行星的撞击曾经造成地球上一些生物的灭绝,也曾经给地球上的人和建筑物造成不利,不过人被陨石击中仍然是一个概率极低的事件,低到比导弹残骸伤到人类的概率还要低。用导弹拦截陨石,目前拦也拦不住,还会增加残骸坠落对人类的风险。可以先让陨石继续飞一阵了。
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如果陨石在大气层外,拦截时间就多些,且体积小就可以导弹摧毁或使其改变飞行轨道。如果进入大气层内多数都自行烧毁,化为灰尽,只有小数陨石飞到地面,它的速度比现用导弹要快很多,已经没有足够时间完成击碎、摧毁。
科学家能不能捕获小行星并拖回地球?
随着人类科技的进一步发展,对于近地轨道上的小天体基本已经探明,并进行了跟踪和编号,那么有没有可能将小天体通过火箭带回地球呢?就目前来说,答案是否定的,当小天体一旦进入地球引力轨道,以人类如今的火箭推进技术,仅仅只能微调小天体的方向,抵抗天体间的引力,人类的发动机技术还是不具备这个能力的,由于引力关系,小天体飞行速度非常快, 与大气层产生摩擦后迅速烧毁或是撞向地表,进行拖回技术难度大,还言之尚早。最初提出这些想法的是美国国家航天局,只要技术成熟,将多枚推进火箭降落规定在小天体表面,通过不同力方向上的引导,使得小天体以人类可控的速度飞往地球,通过大功率的发动机来抵抗地球对于小天体的加速引力,使得小天体的加速度不至于与大气层产生过大的摩擦,最终以“降落”的方式将小天体拖回地球,从理论上来说,这套方案是可以实施的,但是存在诸多的问题,首先,作为小天体,即便是不大的地球,对周边物质所产生的引力也是庞大的,将一艘上百吨的宇宙飞船发射进入太空就要动用功率最大的发动机,更何况是阻止质量上万吨、数十万吨的小天体小天体呢?而一但速度过快,小天体就会与大气层进行摩擦,所有辅助推进装置都会在高温中被毁,那么所有努力都将浪费,小天体会以极高的速度撞向地球,引发灾难,因此,这些推进装置不仅要改变小天体轨道,还要对抗地球的引力,将小天体的坠地速度低到不会与大气层产生热能摩擦,就如今的科技来说,还远远达不到这样的水平,需要实现这样大胆的设想,非得再过上上百年才可。这是很有可能的!不久前,我国中科院国家空间科学中心李明涛研究员团队就提出了这样的设想:在未来15-20年内捕获一颗外太空的小天体,操控其安全穿过稠密大气层,着陆地球表面无人区!李明涛研究员本人还在我们北京日报科技版撰长文详细解说了这个设想。
李明涛团队设想捕捉小天体的概念图
千万不要以为李明涛研究员的想法是异想天开,他和他和团队已经为这个设想做了很多实实在在的努力。
李明涛研究员表示,他们的设想受到了美国的小行星重定向任务(ARM)的启发。2011年,美国Keck空间研究中心提出了将一颗近地小行星捕获到月球轨道的任务构想,后来演化为ARM任务。这个任务分为机器人任务和载人任务两个阶段。机器人任务将从一颗小行星上获取一块直径数米的岩石,将岩石带到月球轨道上。随后实施载人任务,宇航员将搭乘“猎户座”飞船登陆月球轨道上的岩石,从而实现载人登陆小行星目标。
2014财年,奥巴马政府为ARM任务预算了1.05亿美金,主要用于开展目标天体遴选、操控平台设计以及大功率太阳能电推进等研究。但2017年,ARM任务被终止,部分关键技术转移到“深空门户”月球轨道站上。虽然计划夭折,但是这个设想在人类历史上首次科学地开展了小天体操控任务论证。
李明涛研究团队提出的设想更为大胆,他们的目标是操控与地球“擦肩而过”的近地小天体,给小天体装上发动机,操控其安全进入地球轨道上空;给小天体穿上防热减速“外套”,操控其安全着陆无人区,从而实现摘星计划。一次性可以拖回百吨级小天体。
他们的计划已经锁定了目标小天体——2014 HB177,这是一颗直径约6.4米的小天体,于2014年4月29日被美国夏威夷巡天望远镜发现。该小天体会周期性穿越地球轨道,下次近距离光顾地球发生在2034年,届时距离地球仅约20万公里。据估计,该小天体重量约为385吨。
2014 HB177轨道示意图
按着李明涛团队的设想,采用长征五号运载火箭2029年发射,2034年可以将数百吨重的2014 HB177小天体带回地球。
中国科学院微小卫星创新研究院设计了小天体操控平台。操控平台借鉴了美国ARM任务的口袋式抓捕机构。抵达小天体附近后,操控平台将旋转到与小天体同样的自旋速度,利用口袋式抓捕机构将小天体整体捕获,然后利用姿控发动机消除小天体的自转。
小天体操控平台概念设计图
与美国ARM任务不同,我们的计划目标是把小天体带回地球,要经历大气层高温的考验,因此需要将新型充气防热减速机构安装在捕获的小天体上,并且确保机构能够在轨展开。
充气防热机构概念设计图
李明涛团队还在为他们的梦想积极努力中,我们真心希望他们能梦想成真,这是他们的梦,也是中国人的航天强国梦。
很难,要捕获小行星,首先要控制它,但小行星的飞行速度非常快,而且是在太空里,要控制谈何容易。
目前人类科技能达到与既定轨道上的空间站对接,转移人员和设备物资,但这是在地球或月球轨道附近,航天器都处于稳定飞行状态。而要去外太空捕获一颗小行星,相当于用导弹拦截洲际导弹,而且还要完美地把它控制住,俘获回来研究。不,应该还要更困难,因为洲际导弹的速度最末端可达7公里/秒,但也比小行星低多了,小行星的速度普遍在10到20公里/秒之间,你能想象哪个国家可以把别人的洲际导弹毫发无损地拦截下来吗?
虽然很难,但并不是完全没有机会,日本的隼鸟一号已经从小行星上取样返回,隼鸟二号也刚到达另一颗小行星,即将开始取样,这也算是一种另类的“捕捉”吧。
我们可以选取一个小一点的小行星,比如只有几十厘米大小的,当然要在茫茫太空中找到这样的小行星极为困难,但只要精确测定了它的轨道,就可派飞船守株待兔,慢慢靠近它并将它纳入囊中,并通过火箭、气囊或降落伞减速,在地球上着陆。中国已有科学家计划在2034年捕捉一颗小行星带回地球了,捕捉小行星并获取上面的矿产资源很可能成为人类社会未来的大行业。