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深度解讀

激光技術改變小行星飛行路線

星之球激光 來源:新浪科技2016-03-04 我要評論(0 )   

據英國《每日郵報》報道,科學家正在建造應對小行星撞擊的終極武器——DE-STAR,即“靶向小行星及勘探的定向能量系統(tǒng)”(Directed Energy System for Targeting of Aster...

    北京時間3月4日消息,據英國《每日郵報》報道,科學家正在建造應對小行星撞擊的終極武器——DE-STAR,即“靶向小行星及勘探的定向能量系統(tǒng)”(Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation)。該系統(tǒng)將利用激光束攔截并改變小行星的飛行路線。

據英國《每日郵報》報道,科學家正在建造應對小行星撞擊的終極武器——DE-STAR,即“靶向小行星及勘探的定向能量系統(tǒng)”(Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation)。該系統(tǒng)將利用激光束攔截并改變小行星的飛行路線。
左圖為DE-STAR系統(tǒng)進行多種任務的示意圖,包括小行星轉向、成分分析、長距離航天器供能和推進等。右圖是激光束導致小行星氣化的想象圖。
  激光攔截小行星的概念已經提出了好多年,而近日一篇論文指出,這是阻止“近地天體”(NEOs)威脅地球的可行方案。加州大學圣塔芭芭拉分校的物理學家菲利普·魯賓(Philip Lubin)和加州理工州立大學的加里·休斯(Gary Hughes)教授是這一理論的提出者。
  另一個較小規(guī)模的系統(tǒng)“DE-STARLITE”也在開發(fā)之中。研究者希望該系統(tǒng)能與有潛在威脅的小行星“并肩”飛行,在一段相對較長的時間里使其飛行路線發(fā)生偏移。
  研究者稱,總體而言,這些技術目前已經可以實現,主要的挑戰(zhàn)是如何建造一個足夠規(guī)模、足夠有效的DE-STAR系統(tǒng)。
  在近期發(fā)表于《地球和行星天體物理學》(Earth and Planetary Astrophysics)期刊的論文中,作者之一、加州大學圣塔芭芭拉分校的Qicheng Zhang解釋了激光如何使小行星移動,甚至使其氣化的過程,從而避免地球受到撞擊。他表示,軌道行星防御系統(tǒng)將有可能使小行星加熱到氣化的程度。
  當小行星開始噴出物質的時候,反作用力將會使它們離開現有的軌道。據介紹,如果DE-STAR具有大約100米寬的激光陣列,那它就能使一顆320萬公里之外、直徑約100米的小行星偏離方向。此外,另一個系統(tǒng)DE-STARLITE如果運行15年,便可以使一顆直徑約300米的小行星偏移大約1.3萬公里的距離。
  
研究者用激光將玄武巖加熱至白熱狀態(tài)。這一過程會改變物體的質量,并產生類似“火箭推進器”的效果,利用小行星本身作為推進動力。在太空中,這一過程產生的能量足以改變小行星的運行路線。
  另一個較小規(guī)模的系統(tǒng)“DE-STARLITE”也在開發(fā)之中。研究者希望該系統(tǒng)能與有潛在威脅的小行星“并肩”飛行,在一段相對較長的時間里使其飛行路線發(fā)生偏移。
  就在去年,研究者在實驗室中模擬了該系統(tǒng)工作的效果——盡管是在較小的尺度上。他們利用玄武巖(已知的小行星成分類似)作為激光轟擊的目標,使其加熱至白熱狀態(tài)。這一過程會改變物體的質量,并產生類似“火箭推進器”的效果,利用小行星本身作為推進動力。在太空中,這一過程產生的能量足以改變小行星的運行路線。
“這里發(fā)生的過程稱為升華或氣化,能將固體或液體轉化為氣體,”研究者解釋道,“這些氣體形成了一縷云霧,也就是物質拋射,從而產生了反向的推動力,而這正是我們要測量的。”他們利用磁場使玄武巖旋轉,然后使激光固定在轉動的相反方向上,以減緩旋轉速率。
  視頻結果顯示,玄武巖樣品的旋轉慢了下來,停住之后改變了方向,又重新旋轉起來。研究者表示,這一過程表明在太空中減緩小行星旋轉并使其改變方向是可能的。
  對此菲利普·魯賓表示,對小行星旋轉速度的操控提供了另一個重要的可能性:我們或許將有能力對小行星進行探索、捕獲和礦產開采。這些也正是美國航空航天局(NASA)的“小行星重定向任務”(Asteroid Redirect Mission)所制定的目標。
  這項任務目前還處于理論研究階段,其目標是探訪一顆較大的近地小行星,在其表面采集巖石樣品并送回地球。有可能的話,可以將這顆小行星重定向到一個穩(wěn)定的、圍繞月球的軌道上。
  “所有的小行星都會旋轉;問題在于繞著什么東西旋轉,以及轉動的速度有多快,”魯賓解釋道,“如果要在小行星上采礦,那它的旋轉速度要足夠慢,這樣你才能捕獲它。我們的實驗生動地揭示出,(激光系統(tǒng))是使小行星停止轉動或重定向的有效方法。結果顯示這項技術能非常好地運行。”
  
玄武巖的成分與已知的小行星類似。研究者利用磁場使玄武巖旋轉,然后使激光固定在轉動的相反方向上,以減緩旋轉速率。
  玄武巖被放在一個扭力天平上,使其在受到激光轟擊時保持穩(wěn)定。
  除此之外,研究人員還在探索光子的推進力,這是該團隊最新項目“星系探索定向推進”(Directed Energy Propulsion for Interstellar exploratioN,DEEP-IN)的關鍵所在。DEEP-IN項目依賴于光子的推進力,即激光陣列所發(fā)出的光子能用于推動航天器飛行。
  這意味著,未來的星際旅行中,小型宇宙飛船將有可能達到相對論性飛行——速度接近光速。研究團隊還測試了一個光子回收利用裝置,能通過激光的反射來回收光子。“我們在一定距離上設置了第二個反射鏡,使光子能夠在飛船的反射器上像乒乓球一樣來回運動,”研究者Brashears說,“我們回收這些光子是為了達到推進力疊加的效果,使飛船能夠飛行得更快。到目前為止,通過一個簡單的工序,我們已經可以達到5倍的放大效果,通過改進提高倍數是可能的。”
  這些研究具有非常廣闊的前景,但要真正將其整合到航天器的飛行系統(tǒng)中,還涉及到許多非常復雜的問題,研究者還有很長的路要走。

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激光武器小行星行星防御
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