中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會

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發(fā)射衛(wèi)星靜候星際天體？守株待“星”也非易事
科技日報
2020/06/04 14:47
　　2017年10月，太陽系第一顆星際天體“奧陌陌”闖入人們的視線，轉(zhuǎn)悠了2個月后，它便逃離太陽系飛向宇宙深處。2018年12月，太陽系迎來了第二顆星際天體——“鮑里索夫”（Borisov），不久前有報道稱這顆“天外來客”可能正在解體。
　　一次又一次錯過“親密接觸”的機(jī)會，讓人既無奈又倍感惋惜，畢竟這樣的機(jī)會千載難逢。
　　近日，在美國麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)研究中，研究人員提出利用太陽“彈弓”技術(shù)攔截星際天體，這項(xiàng)研究或?yàn)閷?shí)現(xiàn)近距離觀測星際天體提供可能。
　　利用“彈弓”迎客
　　雖然人類目前發(fā)現(xiàn)的星際天體只有2顆，不過科學(xué)家認(rèn)為這種“拜訪”在太陽系內(nèi)每年都會出現(xiàn)十幾次。
　　在地球上觀測星際天體很難嗎？僅憑現(xiàn)有技術(shù)確實(shí)很難。
　　首先，星際天體的尺寸非常小，比如“奧陌陌”，它的直徑只有160米；其次，星際天體的飛行速度非?？?，“奧陌陌”沖進(jìn)太陽系的速度在每秒26千米，“鮑里索夫”則為每秒32.2千米，想要在觀測的最佳時間段內(nèi)追上他們，僅憑現(xiàn)有技術(shù)難度很大。
　　或許，向星際天體發(fā)射衛(wèi)星可以給近距離觀測帶來希望。
　　美國麻省理工學(xué)院航空航天系助理教授林納雷斯（Linares）提出，可以利用“動態(tài)軌道彈弓”與星際天體交匯，來替代傳統(tǒng)空間飛行任務(wù)。之所以被稱為“彈弓”，是因?yàn)榘凑赵O(shè)想，衛(wèi)星、星際天體的運(yùn)行軌跡和太陽會形成類似彈弓的形態(tài)。
　　林納雷斯的計劃，是發(fā)射一組靜態(tài)衛(wèi)星，從地球軌道轉(zhuǎn)移到太陽系邊緣軌道。當(dāng)?shù)竭_(dá)太陽系邊緣時，衛(wèi)星依靠太陽帆平衡太陽風(fēng)的壓力和太陽的引力，保持相對靜止?fàn)顟B(tài)，等待“天外來客”到訪。
　　按照設(shè)想，一旦星際天體出現(xiàn)，在合適的時刻，衛(wèi)星就收起太陽帆，朝著太陽墜落，墜落過程中衛(wèi)星速度會變得極快。與星際天體交匯時，衛(wèi)星會降速以匹配天體速度。在這段短暫的交匯時間里，衛(wèi)星可以在最接近天體的距離內(nèi)，抓拍到近距離照片。
　　如果“動態(tài)軌道彈弓”的設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，那么衛(wèi)星近距離拍攝到的照片就可以為科學(xué)家研究星際天體提供牢靠的基礎(chǔ)。
　　不過，中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員季江徽認(rèn)為，研究者提出的太陽系邊緣概念含糊：“他們沒有界定太陽系邊緣到底是什么位置。事實(shí)上，科學(xué)界對太陽系邊緣還沒有一個確切的定論。一般天文學(xué)家認(rèn)為奧爾特云是太陽系的邊緣。也有人將太陽風(fēng)與星際介質(zhì)相互作用所形成的、距離太陽80—150個天文單位（一個天文單位約為1.496億千米）的邊界區(qū)域稱為太陽系邊緣。”
　　2016年，霍金提出“攝星計劃”，旨在打造光帆動力晶片飛船，探索距離太陽系最近的恒星系統(tǒng)——半人馬座比鄰星。2019年，由英國領(lǐng)導(dǎo)、22國參與建造的“彗星攔截者”探測器計劃，在2028年將探測器送入距離地球150萬千米的軌道“守株待彗星”。中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)中也布局了類似概念的預(yù)研項(xiàng)目，來探測星際天體或長周期彗星。
　　這么看，“運(yùn)態(tài)軌道彈弓”也不是什么新鮮事。
　　許多問題亟待解決
　　受限于目前的探測能力，太陽系邊緣對于我們來說似乎太過遙遠(yuǎn)，在地球上操控衛(wèi)星讓其追蹤星際天體，有很多問題值得商討。
　　一束光線從太陽出發(fā)到達(dá)地球需要大約8分鐘，太陽到地球的平均距離為一個天文單位，假設(shè)衛(wèi)星要到達(dá)距離地球100個天文單位的位置，信號傳遞大約需要13個小時，一來一回就是26個小時。“從發(fā)出信號到接收信號，需要花費(fèi)一天多時間，所以數(shù)據(jù)傳輸非常困難。”季江徽說。
　　失之毫厘謬以千里，在無邊無際的宇宙中，哪怕是短暫延遲都會對預(yù)期結(jié)果產(chǎn)生巨大的影響。
　　還有一個問題，就是如何確定星際天體的位置。季江徽把天體定位比喻成大海捕魚：“星際天體可能在太陽系任何一個方向現(xiàn)身，我們不知道它會什么時候來，會在哪里出現(xiàn)。”
　　除此之外，能源供應(yīng)、打造面積與質(zhì)量之比極大的太陽帆等技術(shù)問題都會成為捕捉星際天體的“攔路虎”。這些問題亟待科學(xué)家解決。
　　雖然技術(shù)問題尚未攻克，不過季江徽認(rèn)為此舉對我國航天事業(yè)發(fā)展具有借鑒和推動意義：“我國科學(xué)家提出了太陽系邊際探測計劃，也就是在2049年時我們國家的航天器要到達(dá)100個天文單位以遠(yuǎn)的太陽系邊際探測。打造類似的航天器，會給我們在新材料、能源、太陽帆推進(jìn)、遠(yuǎn)距離行星際通信等方面的研究帶來極大的牽引作用。”