小行星防御动能撞击效果评估

以动能撞击防御潜在威胁小行星概念为背景,采用物质点法(Material Point Method,MPM)模拟了铝弹高速撞击S型小行星的过程,将撞击结果导入引力N体–离散元动力学模型中,对其后续演化过程进行仿真,并分析了撞击后碎片对地球的威胁指数。结果显示小行星在高速撞击的作用下部分破碎,大量碎片以与撞击方向相反的速度向外喷射,从而提升了小行星的撞击偏移效果。研究采用了两种不同结构的小行星模型:完整结构(monolithic structure)的小行星在遭受撞击后会喷射出比原小行星小得多的碎片,而碎石堆结构(rubble-pile structure)的小行星在撞击作用下可分裂成大小和速度分布较为均匀的碎片。威胁指数的分析表明动能撞击方式确实有效减小了小行星的威胁程度,撞击后的最大剩余碎片可被成功偏移至安全轨道,但仍有部分碎片会与地球相撞。与完整结构相比,针对碎石堆结构小行星的撞击防御的总体效果更好,次生灾害主要为大质量碎片的撞击。研究方法可用于未来开展防御小行星的动能撞击任务的撞击条件选择和撞击结果预估。     

小天体动能撞击防御中动量传递因子敏感参数分析

动量传递因子β是评估动能撞击效果的重要参量。根据动能撞击过程中动量传递因子的理论模型,分析了撞击器特性参数和小天体结构特性参数对动量传递因子取值的影响,并对不同动能撞击方案以及不同材料特性小天体的成坑效应和动量传递因子进行分析。研究表明：标度律参数μ对β影响较大,μ是地面实验拟合得到的系数,与材料强度特性相关;当小天体为单体岩石结构时,撞击器速度及密度、小天体密度及表面强度对β影响较大,而撞击器半径和小天体引力对β影响较小;当小天体为碎石堆结构时,β对撞击器特性参数和小天体特性参数不敏感,且数值较小。对三种不同动能撞击方案的成坑效应与动量传递因子形成规律进行研究,发现撞击器初始动能对β影响较大。当小天体为单体岩石结构时,其对应的动量传递因子取值较大,而当小天体为碎石堆结构时,其对应的β取值较小且基本不变。对相同动能撞击方案下不同材料特性小天体（C型、S型和X型小行星）产生的撞击效应进行分析,发现在引力主导时,βC>βS>βX,而在强度主导时β取值较小且基本相同。     

超高速撞击航天器二次碎片云能量特性分析

为了评估空间碎片超高速撞击航天器的碎片云破坏能力,挖掘超高速撞击数值模 拟结果数据的应用价值,基于9.53 mm铝球以6.64 km/s速度对2.2 mm铝靶撞 击的Ls-Dyna/SPH(Smoothed Particle Hydrodynamic)数值模拟研究结果,对靶后碎片云的 粒子动能进行求和统计,建立了碎片云比动能概念和函数形式;碎片云比动能综合考虑了靶 后所有碎片云粒子的动能,反映了一定距离处垂直于撞击方向平面上单位面积上的碎片云粒 子所蕴含的撞击能量;应用碎片云比动能概念,揭示出随着演化距离的增加,碎片云能量的 衰减规律;通过不同速度条件下的SPH计算,得到了碎片云的比动能函数的曲线形式随撞击 速度的变化规律;最后对采用2种材料模型进行数值模拟所对应的结果误差进行碎片云比动 能函数的曲线比较,反映出数值模拟中不同材料模型引起的差异.      

特急预警:阿波菲斯成灾及自救对策(上)

根据NASA的科学家进行轨道验算后测定,一颗临时编号为2004MN4,又称阿波菲斯的小行星,将于2029年4月13日与地球相撞.这颗直径390米的小行星,在太阳周围的运动周期为323天,质量为4200万吨,运行轨道速度为45千米/秒.届时,撞击产生的总能量为广岛原子弹爆炸所产生能量的11万倍.NASA将其撞击地球的概率设定为托里诺等级4级,即撞击概率为1/300.     

用小行星作太空武器(下)

如何才能将小行星变成太空武器? 虽然找几颗大小和组成都适合的小行星作太空武器不成问题,但是如何才能将这些小行星转变成武器?目前有几种技术方案。有意思的是这些方案原来部是防止小行星碰撞地球的,现在将它反过来用,变成了毁灭人类的太空武器。     

如何将小行星改成武器

本刊在今年第6期和第8期介绍了把小行星作为武器的威力,本文介绍了美国小行星任务的三个阶段以及每一阶段的主要任务和关键技术。重点分析第二阶段和第三阶段中美国航宇局(NASA)没有公开说明的部分,即第二阶段的月球远程逆行轨道和第三阶段中航天员的作用和任务。作者认为:月球远程逆行轨道与小行星重定向没有明显关系,该轨道主要是用来部署小行星太空武器,它是小行星武器的理想轨道;在第三阶段中用自动化装置或机器人即可完成在小行星上采集样品,完全不需要航天员,航天员到上面的真正目的是完成小行星的武器化改装,即将自然小行星改装成真正的太空武器。作者观点不代表本刊立场。     

预防小行星撞击地球的十大措施

正自从人类认识到近地小行星(NEA)的撞击危险性以来,一直在思考如何减轻和避免小行星撞击地球带来的灾害,并提出了许多应对措施。从不同的角度出发,可以将这些措施分成几种类型。按对撞击者处理方式不同,可分为偏转小行星的轨道和击碎小行星两种方式;按使用的能源不同,可分为动能、电磁能、引力、太阳能以及核能等方式;按接近小行星的方式不同,可分为拦截、轨道交会等方式;根据是否能快速地向目标传递能量,还可以分为直接和间接两种方式。究竟采取何种方式,要根据撞击可能发生的时间、撞击者的大小和轨     

小行星来袭

<正>编者注:本篇是小行星作为太空武器威力的情景模拟。情景模拟是根据科学资料和事实将抽象的数据用艺术的手法如实地呈现在读者面前,给读者一个直观、形象和生动的印象。情景模拟不是科幻,它完全以事实为依据,它是科学与艺术的结合。21世纪的某年某月,美国部署在月球轨道上的一颗编号为13的小行星武器失控,原因是两名潜伏在美军月球武器控制中心的俄罗斯特工借小行星武器检修之机,偷偷爬到13号小     

众眼看宇宙

灶神星是小行星中的明星,它是小行星带(火星与木星轨道之间)中唯一一颗可在地球上直接用肉眼看到的小行星,直径约为483千米,质量大约占所有小行星带天体的9%。研究这颗直径500千米的小行星,有助于了解它和太阳系的早期历史。今年7月16日,刚成为灶神星     

小行星撞击与偏转评估任务

正截至2017年5月1日,人类已经发现了16089颗近地小行星(NEA),其中有1799颗是对地球有潜在危险的小行星(PHA)。目前,全世界各研究机构已提出数十种避免和减轻小行星撞击风险的方法,其中一种是动力撞击偏转轨道。当前的问题是深入掌握撞击对小行星轨道的效应,对撞击器大小、速度、撞击方向以及如何选择     

美国加紧打造天基激光武器

1　激光武器概述□□太空武器包括“太空攻击的武器”和“攻击太空的武器”两类 ,前者指在太空部署、使用和发射的武器 ,无论其攻击目标是太空的、大气层的还是地面的 ;后者指攻击在太空运行或途经太空的目标的武器 ,无论其是从陆上、海上还是从空中 (大气层内 )发射的。太空武器目前采用的杀伤手段有动能和定向能两种。动能杀伤是依靠高速运动物体的能量破坏目标 ,定向能杀伤是通过高能激光束、粒子束或微波波束直接照射破坏目标。在以定向能为杀伤手段的太空武器中 ,激光武器是首选对象 ,因为激光器不仅业已发展多年 ,技术上比较成熟 ,而…     

小行星武器为何高居榜首

在十种太空武器排名中,美国太空新闻网站将小行星武器排名第一位,而将太空核导弹排在第四位,远远落后于小行星武器。核武器是现代军用武器之首,用小行星武器取代核武器的地位,这是一个非常新颖的观点和大胆的做法,完全出人意料。而且在报道中对这一做法没有任何解释和说明,也没有提供任何“证明材料”,因此令人难以理解。不过我们收集到一些零散资料,经过分析整理,作为一点“补充”,以供参考。     

NASA计划捕捉小行星2011MD

<正>6月19日,美国航宇局(NASA)表示,捕捉小行星行动正在稳步推进当中,眼下初步锁定3颗小行星为捕捉候选目标,其中一颗"看着显瘦、实则虚胖"的奇特小行星是重点关注对象。NASA初步计划,用一只大爪或一个巨型充气袋捕捉这枚小行星,然后将它停泊在月球上的外太空,待日后再由航天员前来探索。或是以一个大爪,将一枚较大的小行星击碎成长度不足9米,并带至邻近月球。NASA     

DART任务:改变危险小行星的轨迹

正目前,美国航空航天局公布了DART任务的最新进展,计划发射一艘太空飞船高速碰撞具有潜在威胁的小行星,并改变它的运行轨迹。美国航空航天局行星防御官员林德利·约翰逊说,DART是美国航空航天局证实“动能撞击器技术”的第一项太空任务,届时,太空飞船碰撞小行星的速度是5.9千米/秒,是子弹速度的9倍以上。     

比冲就是喷流速度

《中国大百科全书·航空航天卷》给比冲下的定义是 :“火箭发动机单位重量(力 )推进剂产生的冲量 ,或单位重量(力 )流量的推进剂产生的推力 ,又称比推力。比冲 Is=F/ W(s) ,式中 F 为推力(N) ,W为重量 (力 )流量 (N/ s)。也有使用质量流量的 ,则比冲的单位为 m/ s或N· s/ kg。”同书给出的齐奥尔科夫斯基公式为 :v =w lnm0mk式中　 v为速度增量 ,w为喷流相对火箭的速度 ,m0 和 mk分别为发动机工作开始时和结束时的火箭质量。在航天器设计中经常用到的、根据速度增量需求估算推进剂携带量的公式为 :Mp =M0 1- eΔVw式中　Mp、M0 分别…     

太空武器排行榜

2013年4月5日,美国著名的太空新闻网站Space．com发表一篇报道,标题是“十大太空武器排名”。虽然媒体上关于太空武器的报道很多,但这篇报道非同寻常：第一,它首次公开将小行星作为太空武器;第二,它在太空武器排名中将小行星武器排名第一;第三,也是最重要的,它发表在一个特定的时间。     

黄道面内行星际激波相互碰撞作用过程研究—能量效应

本文用两维半MHD数值模型,数值模拟研究了两邻近扰动源所产生的激波在行星际空间黄道面内不同能量时的相互碰撞过程。在内边界(18R_s)两扰动中心的间距取为36°。结果表明:两弱激波(速度在500km/s左右以下)不会产生汇合,而是各自独立地传播;两中等强度激波(速度在1000km/s左右)将发生汇合,但在IAU尚可分辨;两强激波(速度在2000km/s以上)则在1AU以内已发生汇合,汇合后形成一个新激波,其磁场结构与单激波明显不同。激波能量越大,两激波汇合的越快。     

银河宇宙线在电离层D层中电离的全球分布

本文从带电粒子对D层大气电离出发, 给出了宇宙线相对论粒子、非相对论粒子及低能粒子在地球大气中的电离公式, 从而给出了宇宙线在电离层D层中电子产生率q(h)和电子密度N(h)的全球分布.结果表明, 宇宙线产生的q(h)和N(h)具有明显的纬度效应, 在极区产生的q(h)和N(h)要比低纬高得多, 当截止刚度R_c=10—18GV时, q(h)的变化相差很小.太阳活动11年调制对q(h)的影响是明显的, 但远小于R_c对q(h)的影响.大气密度ρ(h)对q(h)的影响主要是随高度的变化.      

潜在威胁小行星碰撞防御的计算与分析

研究了采用碰撞的方式进行小行星防御的动力学问题。采用多面体模型来建立小行星的外形模型,以碎石堆模型来建立小行星的结构模型,计算了小行星受到与其密度和材质相同的球体高速碰撞过程和碰撞后的碎石分布。计算过程在考虑了小行星与碰撞球体的接触形变以及小行星内部组成碎石堆的接触形变条件下,计算了碎石堆内部的相互引力、法向接触力、切向静摩擦力、切向动摩擦力和滚动摩擦力矩。以小行星101955 Bennu(中文名贝努)为对象计算了潜在威胁小行星的碰撞防御过程的动力学行为。结果显示:采用高速碰撞的方法进行小行星防御可以有效地将小行星撞成大量碎小的石块,且该方法具有核爆的方法不可比拟的优势,即对空间环境无污染。     

垂直激波条件下能量粒子加速机制的模拟研究

在具有湍动的磁场和垂直激波条件下对大量测试粒子的轨迹进行了数值计算,研究了激波强度和粒子初始能量对于粒子穿越激波的平均能量变化的影响,分析了漂移加速(SDA)在不同条件下对粒子加速的贡献,并给出了一个与数值结果相符合的漂移加速理论公式△E=amvivup(1-1/s).结果表明,加入磁场湍流后,垂直激波条件下粒子仍主要受到漂移加速作用,而基于粒子引导中心的耗散漂移加速理论在此条件下失效.