小行星撞擊是地球生命面臨的重大潛在災(zāi)難性威脅，發(fā)生概率極低，但危害極大。2017年、2018年、2019年連續(xù)三顆小行星分別襲擊了我國云南省香格里拉、云南省西雙版納和吉林省松原地區(qū)，引發(fā)了社會熱議和國內(nèi)學(xué)者對行星防御研究的重視。行星防御是通過主動手段，例如：核爆、動能撞擊、激光燒蝕、離子束牽引、引力拖曳、質(zhì)量驅(qū)動等，破壞小行星的結(jié)構(gòu)或者偏轉(zhuǎn)小行星的軌道。

　　針對經(jīng)典動能撞擊在預(yù)警時間較短的條件下無法有效防御大尺寸小行星的問題，中科院復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點實驗室李明濤研究員、王藝睿博士、王有亮助理研究員、周炳紅研究員和鄭偉副研究員提出了“以石擊石”加強型動能撞擊行星防御任務(wù)概念，通過發(fā)射無人飛行器捕獲小尺寸小行星或者在碎石堆小行星上采集超過100噸的巖石，與飛行器構(gòu)成組合撞擊體，操控組合體撞擊對地球有潛在威脅的小行星，將潛在威脅小行星偏轉(zhuǎn)出撞擊地球的軌道。相比經(jīng)典動能撞擊方法，對小行星的軌道偏轉(zhuǎn)效果可提升1個數(shù)量級，為防御大尺寸潛在威脅小行星提供了核爆之外的一種新選項。

      該成果以 Enhanced Kinetic Impactor for Deflecting Large Potentially Hazardous Asteroids via Maneuvering Space Rocks 為題 ，于近期在線發(fā)表在斯普林格-自然出版集團旗下綜合性期刊Scientific Reports上，審稿人評價該文章“novel, interesting, and potentially very effective method to deflect a hazardous asteroid（新穎、有趣、潛在非常高效的防御危險小行星方法）”。作者還受邀請在自然網(wǎng)站（www.nature.com）的自然天文研究社區(qū)（Nature Research Astronomy Community）發(fā)表文章 Enhanced Asteroid Deflector: Hit Rock with Rock，對“以石擊石”行星防御方法進行介紹。

　　圖一： “以石擊石”行星防御任務(wù)概念示意

　　圖二： “以石擊石”行星防御任務(wù)方案示意

　　以直徑約350米，重量約為6100萬噸的阿波菲斯小行星為例，其在2029年與地球的最近距離將約為3.8萬公里。仿真顯示，在動量傳遞因子為1的條件下，利用經(jīng)典動能撞擊方法對阿波菲斯小行星的偏轉(zhuǎn)距離約176公里，而“以石擊石”方案對阿波菲斯小行星的偏轉(zhuǎn)距離約1866公里,相比經(jīng)典動能撞擊方法提升了一個數(shù)量級。

　　圖三：“以石擊石”全程軌跡優(yōu)化

　　圖四： 撞擊前后小行星相對地球的距離變化

　　“以石擊石”加強型動能撞擊行星防御任務(wù)概念突破了地面發(fā)射人造撞擊體的運載能力和包絡(luò)限制，通過在太空中捕獲百噸級質(zhì)量的巖石，從而顯著提升撞擊體質(zhì)量，最終實現(xiàn)小行星防御效果的數(shù)量級提升。此外，“以石擊石”行星防御方案能夠融合小行星探測和行星防御，在行星科學(xué)方面也具有較強的研究價值。

表一： 兩種動能撞擊方式的小行星防御效果對比

　　該成果得到了北京市重大科技專項、中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項、民用航天技術(shù)預(yù)先研究、中科院青年創(chuàng)新促進會優(yōu)秀會員項目、中科院創(chuàng)新交叉團隊和中科院國家空間科學(xué)中心重點培育方向等課題資助。

　　引用：Li, M., Wang, Y., Wang, Y. et al. Enhanced Kinetic Impactor for Deflecting Large Potentially Hazardous Asteroids via Maneuvering Space Rocks. Sci Rep 10, 8506 (2020). https://www.nature.com/articles/s41598-020-65343-z  。