作者:段歆涔 来源:中国科学报 发布时间:2013-5-14 10:28:16
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捕捉小行星,NASA你行吗?
科学家质疑美空间新项目可行性

 
为了找到更加简便和廉价的方法登陆深空小行星,NASA已经放弃了在月球建立永久基地从而为登陆火星作准备的计划。
 
■本报实习生 段歆涔
 
美国宇航局(NASA)公布了一项新计划——“捕获”一颗小行星,将其“拖曳”至地月系统展开探测。很多行星科学家对该任务的成功持怀疑态度。他们认为,该任务能以某种方式取得成功的设想,在很大程度上是虚构的。
 
大胆计划 震惊学界
 
上个月,NASA公布了2014年的预算申请。申请中将1.05亿美元用于启动新项目:拟定2019年之前派出无人宇宙飞船捕捉一颗小行星,并将其拖回,以便宇航员在2022年前访问它。大多数研究小行星的科学家听闻此消息后表示震惊。
 
NASA表示,此举不仅是为了兑现总统奥巴马在2025年之前实施人类探索小行星任务的承诺,更有助于保护地球避免未来可能出现的与小行星的碰撞,并提升探索小行星上矿产资源的能力和技术。
 
然而,“理想和现实之间存在巨大的鸿沟。”NASA小星体评估组主席Mark Sykes说,“NASA总部中有一小部分未充分咨询业内专家的人认为,该计划是举世瞩目的。但是,仅有这样的想法,是远远不够的。”
 
该计划萌生于一项来自凯克太空研究所(KISS)的研究。该研究所自称是加州帕萨迪纳市加州理工学院的“思想与行动智囊团”。KISS进行的这项研究由2个分别成立于2011年和2012年的太空采矿工作室协同完成。2个工作室共有34名成员,不过,其中仅有2位成员专门从事太阳系小行星体研究,一位来自加州理工学院,另一位则就职于附近的喷气推进实验室(JPL),JPL由加州理工学院代NASA管理。
 
奥巴马曾于2010年4月为NASA设立了一个目标——在2025年之前,将宇航员送往深空小行星,为下一步登陆火星作准备。然而,在这2个工作室中,“我们意识到,实现21世纪20年代中期将人类送往小行星的唯一方法是让一颗小行星靠近地球。”太空技术宣传组织——行星协会前执行理事Louis Friedman说。在资金有限的情况下,NASA根本不可能研发出能够支撑宇航员6个月太空旅行的飞行器,因此,让小行星主动靠近宇航员,似乎是唯一的方法。
 
KISS开展这项研究的想法则产生于一场在加州理工大学举行的探讨如何将小行星拉到地球附近,以对其进行资源开采的研讨会。该研讨会由从事航天动力学研究的企业家Marco Tantardini组织召开。他随后也成为了行星协会的实习会员。在这次研讨会上,Tantardini和Friedman得知JPL研究员John Brophy于2010年开展了一项关于如何利用光电推进器,也就是人们常说的等离子推进器提供动力,从而将小行星拉至地球的研究。
 
Friedman说,为了找到更加简便和廉价的方法登陆深空小行星,NASA已经放弃了在月球建立永久基地从而为登陆火星作准备的计划。今年1月,为了回应KISS的报告,NASA委托JPL开展捕捉小行星的可行性研究。
 
困难重重 质疑不断
 
KISS的研究分析认为,如果一些难题能够解决,那么小行星捕捉计划是可行的。据JPL研究员Brian Muirhead介绍,其中的一个难题是,如何运行一个用于确保每个步骤都准确完成的超级监测系统,否则,被捕捉的小行星极有可能失去控制。另外,NASA还需要研制更加强劲的太阳能电池板和等离子引擎,来将一个7~10米、500吨重的小行星推入地月轨道。Muirhead说,虽然整个计划“有点疯狂,但这正是我们擅长的”。
 
“该提议十分巧妙地提供了一个人类探索星体,且在NASA预算可承受范围内的方案。”太空问题分析师、乔治华盛顿大学退休教授John Logsdon说,“所以,目前核心的问题是资金是否充足。”
 
然而,根据NASA提供的项目进程表,一些小行星专家更担心某些理论和技术挑战。KISS的研究发现,“以目前的陆基观测水平,每年约有5个合适的小行星可被发现并被详细描述”。碰巧的是,就在3月下旬,JPL的天文学家发现了一颗合适的小行星,不过,经确认,该小行星因体积过小而并不适合捕捉。
 
那么,能否扩大搜索范围以获得更多合适的小行星呢?答案是“难度非常大”。据在JPL用25年时间搜寻小行星的行星专家Alan Harris介绍,“每年能筛选出5颗合适的小行星就已经是非常令人吃惊的结果了”。
 
据科学家介绍,合适小行星数量稀少的原因有两方面:第一,能够被捕捉的小行星必须符合严格的标准——不能太大、太厚、太扁,也不能旋转太快;第二,为了实现NASA 2025年的目标,其所在轨道与地球之间的距离,必须满足能使其在本世纪20年代早期即可到达地球附近的条件。
 
此外,从发现到确定合适小行星的时机非常短暂——确定一颗小行星是否合适,只有数天至一周的时间,也就是从发现一颗小行星,到其脱离望远镜和雷达的搜寻范围之间的时间。
 
“这是个难度很大的问题。”科罗拉多大学波尔得分校的专家Harold Reitsema说。他是一项由民间资金支持、旨在搜寻对地球有威胁天体研究的首席设计师。Reitsema表示,虽然合适的小行星最终肯定会被找到,但“NASA耗不起那么长的时间”。据了解,NASA的工作进程表显示,其计划于2016年发现目标小行星,2017年发射用于捕捉的飞行器,最终,于2022年将宇航员送往该小行星。
 
不过,Muirhead表示,有充分的理由相信,“我们会找到足够的合适小行星,我们也相信利用现有观测和增扩设备,将能够把搜寻速率由目前每年1颗提升到每年2颗,甚至是每年5颗”。
 
背离初衷 何谈深空
 
NASA行星科学部主任James Green则恳求:“给我们一次机会吧,对行星科学来说,有许多东西是应该被质疑的,但是,这个计划不应该在其中。”他表示,如果美国国会能够批准NASA的预算请求,科学家将会在1年左右的时间内弄清搜寻小行星的效率到底是多少。
 
不过,许多科学家还是对NASA的计划质疑不断。“NASA关于这项计划可以促进资源利用以及行星防御研究的声明苍白无力。”Reitsema说,一些人认为,对微小的小行星进行近距离研究,将有助于保卫地球免受小行星撞击。“这种说法完全是胡扯。”他称,10米宽的小行星根本不能穿透大气层,只会在空中分解,所以不可能撞击地球。
 
而对于将小行星视为一种资源,认为其可以作为庇护所,为长距离旅行的宇航员提供水源的想法,JPL科学家Donald Yeomans认为, “这非常牵强”,因为这种庇护所需要建立在水资源丰富的碳质球粒陨石上,而“你不大可能找到这种小行星”,他说。
 
小行星学家也对NASA在制定计划时弃他们于不顾感到不满。Sykes说,早在2月初,当意识到NASA将要采取实际行动时,他向NASA总部提供了小天体评估组的多项服务,想以此评估这项计划的可行性。但是,此后他没有得到任何回应。对此,Green说,“目前这只是开始而已,我们会让更多专家参与进来的”。
 
虽然超出了他们的专业知识范畴,但是小行星科学家对NASA的最新计划抱怨连天。将宇航员送往小行星的最终目的是为了让他们获得长途星际旅行的经验,为前往火星作准备。但是“如果你想把小行星带到宇航员身边,而不是反过来”,Harris说,“这根本不是将人类送往深空,也断送了产生新突破的可能性,这与将人类送往空间站没什么区别。”所以,接下来还是需要执行其他任务,才能获得深空旅行的经验。
 
图片来源:NASA
 
《中国科学报》 (2013-05-14 第3版 国际)
 
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