麻省理工学院的工程师们设计出了一种最好的方法来转移即将到来的行星杀手小行星

偏转小行星

麻省理工学院(MIT)的研究人员设计了一个框架,考虑到小行星的质量和动量、它与引力锁眼的接近程度,以及科学家对即将发生碰撞的预警时间的数量,来决定哪种类型的任务将最成功地使即将到来的小行星偏离轨道。资料来源:麻省理工学院Christine Daniloff

麻省理工学院的工程师们设计了一份决策地图,以确定最佳的任务类型,以使来袭的小行星偏离轨道。

2029年4月13日,一块比埃菲尔铁塔还宽的冰冷的太空岩石将以每秒30公里的速度掠过地球,擦过地球同步卫星的球体。这将是未来十年中最接近地球轨道的最大小行星之一。

观测这颗小行星,称为“阿波菲斯99942”,埃及神的混乱,一旦建议2029年飞越将它通过重力锁眼——地球重力场的位置,拉下飞越这颗小行星的轨道,这样,在2036年,它可能产生毁灭性的影响。

值得庆幸的是,最近的观察结果证实,小行星将在2029和2036年的情况下通过没有事件的地球划出。尽管如此,大多数科学家都认为,如果在我们家的碰撞课程中,我们将永远不会考虑偏离小行星的策略永远不会太早行星。

现在麻省理工学院研究人员已经设计出一个框架,用以决定哪种类型的任务将最成功地使即将到来的小行星偏离轨道。他们决策方法考虑小行星的质量和动量,靠近重力锁眼,科学家和预警时间一场即将发生的——所有的程度的不确定性,也研究人员因素确定最成功的任务对于一个给定的小行星。

研究人员将他们的方法应用到阿波菲斯和Bennu上,Bennu是另一颗近地小行星OSIRIS-REx一个操作美国国家航空航天局计划在2023年将Benu的表面材料样本返回地球的特派团.Rexis,由MIT学生设计和建造的乐器,也是本任务的一部分,其任务是表征表面的丰富化学元素。

在本月在期刊上出现的纸张中《宇航学报在美国,研究人员利用他们的决策地图来规划最可能成功地使阿波菲斯和本努转向的任务类型,在各种情况下,小行星可能会朝着一个引力钥匙孔前进。他们说,这种方法可以用来设计最优的任务配置和运动,以使有潜在危险的近地小行星偏离轨道。

“People have mostly considered strategies of last-minute deflection, when the asteroid has already passed through a keyhole and is heading toward a collision with Earth,” says Sung Wook Paek, lead author of the study and a former graduate student in MIT’s Department of Aeronautics and Astronautics. “I’m interested in preventing keyhole passage well before Earth impact. It’s like a preemptive strike, with less mess.”

麻省理工学院的合着者是Olivier de Weck,Jeffrey Hoffman,Richard Binzel和David Miller。

偏转一个planet-killer

2007年,NASA在提交给美国国会的一份报告中得出结论,如果有小行星撞向地球,最有效的方法就是向太空发射一枚核弹。它的爆发力会把小行星轰走,尽管随后行星将不得不应对任何核沉降物。在行星防御界,使用核武器来减轻小行星撞击的影响仍然是一个有争议的问题。

第二个最佳选择是发送“动力学撞击器” - 一个航天器,火箭或其他弹丸,如果恰到好处的速度,应该与足够的速度相撞,应与小行星碰撞,转移其动量的一小部分转向课程。

“基本的物理原理有点像打台球,”白解释说。

然而,对于任何成功的动力学影响者,航空和航天和工程系统教授De Weck表示,小行星的性质,例如其质量,动量,轨迹和表面组成必须是“尽可能精确的”。“这意味着,在设计偏转使命时,科学家和使命经理需要考虑不确定性。

“任务成功的概率是99.9%还是只有90%有关系吗?”当涉及到转移一个潜在的行星杀手时,你肯定能做到,”德韦克说。“因此,当我们将任务设计成不确定性水平的函数时,我们必须更加聪明。以前没有人这样看待这个问题。”

关闭一个钥匙孔

赋予鉴于小行星的不确定特性,制定了一个模拟代码,以确定将具有成功的最佳可能性最佳可能性的小行星偏转特派团的类型。

他们考虑的任务包括一个基本的动力学撞击器,其中射弹被射击到空间,以便轻推小行星偏离课程。其他变体涉及发送侦察兵首先测量小行星磨练稍后会发出的射弹的规格,或者发送两个侦察员,一个侦察员来测量小行星,另一个在更大的射弹之前推动小行星略微关闭的小行星随后推出以使小行星错过地球,近乎确定。

研究人员进入模拟特定变量,例如小行星的质量,动量和轨迹,以及这些变量中的每一个的不确定性范围。最重要的是,他们在小行星接近引力钥匙孔的情况下,以及在小行星穿过钥匙孔之前具有的时间量。

“钥匙孔就像一门 - 一旦开放,小行星就会很快冲击地球,概率很高,”Paek说。

研究人员在阿波菲斯(Apophis)和本努(Bennu)上测试了他们的模拟,这两颗小行星是少数几个已知其引力锁眼相对于地球位置的小行星中的两颗。他们模拟了每颗小行星和它们各自的钥匙孔之间的不同距离,并计算了每一距离的“安全港”区域,在那里,小行星将不得不偏转,以避免与地球相撞,并通过任何其他附近的钥匙孔。

然后,他们根据科学家准备的时间,评估了三种主要任务类型中哪一种最成功地将小行星转向安全的港湾。

For instance, if Apophis will pass through a keyhole in five years or more, then there is enough time to send two scouts — one to measure the asteroid’s dimensions and the other to nudge it slightly off track as a test — before sending a main impactor. If keyhole passage occurs within two to five years, there may be time to send one scout to measure the asteroid and tune the parameters of a larger projectile before sending the impactor up to divert the asteroid. If Apophis passes through its keyhole within one Earth year or less, Paek says it may be too late.

“即使是主要的撞击物也可能无法在这个时间范围内到达小行星,”Paek说。

Bennu也是一个类似的例子,尽管科学家们对它的物质组成了解得更多一些,这意味着它可能没有必要在发射抛射物之前发射探子。

利用团队的新模拟工具,Peak计划评估未来其他偏转任务的成功程度。

“而不是改变射弹的大小,我们可能能够改变发射次数,并将多个较小的航天器发送到一个逐个小行星碰撞。或者我们可以从月球发射射弹或使用废弃卫星作为动力学影响,“Paek说。“我们创建了一个决策映射,可以帮助原型化任务。”

该研究部分受到NASA,Draper实验室和文化三星基金会的支持。

10评论在“麻省​​理工学院工程师设计了最佳方法来偏转传入的星球杀手小行星”

  1. 想这事可真费了不少脑筋啊!
    当这个原则已经存在了几个世纪!
    你认为我们是多么愚蠢?
    你必须认为致辞人们是大脑死亡
    接受教育的嘴一块无知!

  2. 这篇文章是绒毛。它需要解释为什么这很困难:你对小行星的速度进行了很小的改变。1立方公里的小行星重量约为3-7,000,000,000吨,需要5 GT之间的数量。击中1吨的撞击器,比如5km / sec = 5000m / sec会将小行星的速度变为每天86米或31公里/小时的小行星的速度。

    • 谢尔伍德
      我认为麻省理工学院可以做得更好,是的。鉴于整个系统,一种不动脉的方案将使每个发射质量的势头更换势头的数量级,而不是精心定制的核爆炸。

  3. [我不确定评论如何实际设法发布,但我将抓住另一个刺伤;我不是想垃圾邮件]
    最好的Bang-for-Buck仍然是核选择,但不仅仅是直接飙升到事物(在轨道机制作弊风格)并将它们吹到位。您希望有一系列质量和时间窗口考虑的选项,您希望它们预先停放在25,000到40万公里的轨道上。

    这里有一个例子来解决最坏的情况:1年之后的1公里重磅炸弹。
    一个10亿吨的庞然大物(大约是俄罗斯“沙皇炸弹”的10倍)装在一个20吨的水套里,在最方便的小行星陨石坑表面引爆,如果可能的话。这个想法不是简单地把小行星炸成碎片,而是应用一个与小行星轨道正交的反作用力。水作为一种粗糙的火箭推进剂的“废气”瞬间蒸发,极大地将炸弹的能量放大为有用的动能。Space-X的新助推器计划将发射一种比目前正在测试的最大运载工具大4倍的运载工具,能够轻松地将上述系统送入所需的各种轨道。

    (这是一个草图我没有时间详细阐述反对意见(科学、工程,当然还有地缘政治)。

    该策略是可扩展的:几个月后,较轻的群体更小,更加敏捷'(更众多)的情况。我们已经为那些提供了车辆,我们已经拥有了核武器。安全问题已经过分覆盖:您可以在最可靠的系统中单独启动裸坑,并且您在大型强钢/陶瓷复合储存容器内启动它们,这些容器将通过Venusian氛围来生存。Nuke在轨道上组装出来的,安装在夹克中,与其导弹推进系统相结合,并通过几个当前现成的火箭系统中的任何一个升高到小行星准备的轨道中。

    • 但是人类是脑死亡的,在轨道上预先放置核武器只是在乞求我们自己使用核武器。

      • 地面上有13000枚核弹,其中数千枚还在活动,这就更糟糕了。为什么不重新利用其中的一些呢所有在高轨道上,甚至在月球之外?我并不是没有理由不想详细阐述地缘政治问题,其中一些问题属于“什么都可怕”的范畴。这已经被做了一遍又一遍,但毫无结果。

  4. 基思麦克林雷|2020年2月19日下午1:15|回复

    4兆核爆炸在撞击上有2公里的火球。火球将任何东西崩解成等离子体,没有例外。这将使一个2公里的小行星变成一个漂亮的视野。对于较大的岩石,2000km / s的冲击波行驶的力量将送到其余的碎片加速,在一个非常快的向量形成的地球上。对于恐龙杀手的一个大小,我们可以使用更大的屈服弹头或用更多的核武器来磅。30兆的弹头造成火球4.25英里的半径。这真的不是人们需要过度关注的问题,我们只需要警惕。

  5. 我应该去喷气推进实验室的网站看看这些数字。我知道阿波菲斯有相当大的质量和体积。它有一个宿主。为什么不用我们常用的推力和重力来引导它的轨迹呢?把它从钥匙孔移开!

  6. 罗纳德·罗素|2月21日,2020年2:43|回复

    为什么会有人担心一块以40000英里每小时的速度向我们飞来的石头会在几分钟内结束所有生命.......当真正关心和唯一关心的时候,我们所有的资源都应该投入.....海平面在100年间不断上升
    女士们先生们,我有一些好消息和一些坏消息…首先是好消息。
    我们已经战胜了全球变暖。气候不再处于危险之中…现在是坏消息。
    一块摇滚直奔我们,并在大约3天内,地球上的所有生命都将停止存在

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