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近期，編號(hào)為“2024 YR4”的小行星引起了全球科學(xué)界的高度關(guān)注。根據(jù)2月19日觀測數(shù)據(jù)，這顆直徑約40至100米的小行星，預(yù)計(jì)在2032年12月22日以約1.5%的概率撞擊地球。“2024 YR4”的撞擊能量相當(dāng)于770萬噸TNT，約為500顆“小男孩”原子彈的威力，可能引發(fā)7至8級(jí)地震。其撞擊路徑可能經(jīng)過東太平洋、南美洲北部、大西洋、非洲、阿拉伯海和南亞地區(qū)，威脅包括博哥塔、拉各斯、孟買等各大城市。
聯(lián)合國已首次啟動(dòng)《行星安全協(xié)議》，協(xié)調(diào)全球科學(xué)家對(duì)“2024 YR4”進(jìn)行長期跟蹤監(jiān)測。各國航天機(jī)構(gòu)，包括美國國家航空航天局（NASA）、中國國家航天局（CNSA）、俄羅斯聯(lián)邦航天局（Roscosmos）和歐洲空間局（ESA），正密切合作，利用地基和天基望遠(yuǎn)鏡收集數(shù)據(jù)，以精確確定小行星的軌道和物理特性。那么，人類將如何防御？
星圖測控研發(fā)的洞察者空間信息分析平臺(tái)“2024 YR4”的小行星軌道演化仿真推演
如何進(jìn)行小行星防御？
落戶于合肥高新區(qū)的中科星圖測控技術(shù)股份有限公司主要專注航天器在軌管理及天地通信技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，該公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，從全球目前對(duì)小行星防御的技術(shù)看，行星防御通常采用多種主動(dòng)手段，包括動(dòng)能撞擊、核爆、激光燒蝕、離子束牽引、引力拖曳和質(zhì)量驅(qū)動(dòng)等，以破壞小行星的結(jié)構(gòu)或偏轉(zhuǎn)其軌道。目前最有效的是動(dòng)能撞擊通過發(fā)射高速探測器撞擊小行星，利用動(dòng)量轉(zhuǎn)移來改變其軌道。該方法在NASA（美國航空航天局）的“DART”任務(wù)中已得到初步驗(yàn)證，證明其可行性。其中，“以石擊石”強(qiáng)化型動(dòng)能撞擊任務(wù)概念旨在突破地面發(fā)射人造撞擊體的運(yùn)載能力限制，計(jì)劃在太空中捕獲百噸級(jí)質(zhì)量的巖石，以顯著提升撞擊體的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)更有效的小行星防御。
動(dòng)能撞擊被視為防御小行星的有效策略，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨多重挑戰(zhàn)。
1、精確軌道計(jì)算
小行星的軌道受引力擾動(dòng)、光壓和自旋等多種因素影響，導(dǎo)致軌道預(yù)測復(fù)雜。準(zhǔn)確預(yù)測其未來軌道需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和高精度測量數(shù)據(jù)。
2、確定最佳撞擊時(shí)間窗口
選擇最佳撞擊時(shí)機(jī)需考慮小行星的運(yùn)動(dòng)速度、方向及其與地球的相對(duì)位置。這一窗口通常非常短，一旦錯(cuò)過，需要重新規(guī)劃任務(wù)。
3、導(dǎo)航與制導(dǎo)精度
探測器在高速移動(dòng)的小行星附近需具備極高的導(dǎo)航精度，以確保在正確時(shí)刻以適當(dāng)角度撞擊目標(biāo)。同時(shí)，還需實(shí)時(shí)調(diào)整以應(yīng)對(duì)軌道變化和不確定性，這要求探測器具備高度自主性和快速反應(yīng)能力。
4、可能產(chǎn)生的碎片
動(dòng)能撞擊可能導(dǎo)致小行星碎裂，產(chǎn)生多個(gè)小碎片，其軌道變得不可預(yù)測，從而增加對(duì)地球的威脅。因此，需迅速評(píng)估撞擊后碎片的軌道演化，以制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。
針對(duì)小行星防御面臨的挑戰(zhàn)，國際社會(huì)正積極開展相關(guān)研究和技術(shù)驗(yàn)證。中國科學(xué)院提出了“末級(jí)擊石”防御方案，即利用火箭末級(jí)與航天器組合，撞擊潛在威脅小行星，以提升撞擊效果。此外，中國計(jì)劃在2030年實(shí)現(xiàn)對(duì)小行星的動(dòng)能撞擊，2030-2035年間實(shí)現(xiàn)推離偏轉(zhuǎn)，到2045年前初步具備小行星軌道控制能力。
中國對(duì)小行星的動(dòng)能撞擊任務(wù)主要過程圖
我國首次近地小行星防御任務(wù)已明確科學(xué)和工程目標(biāo)，選擇了直徑約30米的小行星2015 XF261作為目標(biāo)。任務(wù)計(jì)劃采用“伴飛+撞擊+伴飛”的方式，通過一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)能撞擊和在軌效果評(píng)估。研究重點(diǎn)包括行星撞擊效果的高精度觀測與評(píng)估、目標(biāo)小行星的軌道特征和動(dòng)力學(xué)演化規(guī)律、物理化學(xué)特性（形狀、大小、成分、結(jié)構(gòu)）以及動(dòng)能撞擊過程的動(dòng)量傳遞規(guī)律（包括濺射物分布演化規(guī)律）等。
安徽技術(shù)可為小行星防御提供全鏈條支撐
據(jù)介紹，中科星圖測控技術(shù)股份有限公司目前已研發(fā)上線洞察者空間信息分析平臺(tái)，該平臺(tái)通過集成多維度仿真工具與高精度航天算法庫，為小行星防御任務(wù)提供全鏈條技術(shù)支撐，包括從監(jiān)測預(yù)警到規(guī)避控制的各項(xiàng)核心能力。
平臺(tái)的基礎(chǔ)算法與高精度建模為小行星防御提供技術(shù)基礎(chǔ)，其時(shí)空坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能支持J2000地心赤道慣性系、J2000日心黃道坐標(biāo)系、小行星本體坐標(biāo)系等多系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)與軌道計(jì)算的時(shí)空一致性，精準(zhǔn)定位小行星位置。平臺(tái)的軌道預(yù)報(bào)和確定算法支持短期和長期預(yù)測，提供二體模型、SGP4、J2/J4攝動(dòng)模型、HPOP等多種算法對(duì)小行星軌跡進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)，二體模型、SGP4、J2/J4攝動(dòng)模型基于對(duì)后續(xù)任務(wù)進(jìn)行快速預(yù)報(bào)定性研究，而HPOP考慮了厘米級(jí)以上攝動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高精度軌道預(yù)報(bào)（但計(jì)算非常耗時(shí)），確保小行星軌跡的長期跟蹤與威脅評(píng)估。
在軌道設(shè)計(jì)與控制策略方面，該平臺(tái)支持多種任務(wù)場景。軌道設(shè)計(jì)功能涵蓋了攔截軌道、地月平動(dòng)點(diǎn)軌道優(yōu)化等，提供了包括Walker星座布局在內(nèi)的協(xié)同監(jiān)測方案，提升小行星監(jiān)測覆蓋率。通過火箭和導(dǎo)彈發(fā)射窗口的計(jì)算，確保動(dòng)能撞擊器或監(jiān)測衛(wèi)星能夠準(zhǔn)時(shí)抵達(dá)目標(biāo)軌道。在軌道控制方面，平臺(tái)支持低軌和高軌衛(wèi)星的軌道維持與碰撞規(guī)避策略，利用優(yōu)化后軌控策略算法，達(dá)到燃料消耗、變軌路徑、完成時(shí)限等綜合最優(yōu)，并支持伴飛、繞飛和懸停等構(gòu)型操作，適應(yīng)多樣化的探測任務(wù)需求。
該平臺(tái)還提供風(fēng)險(xiǎn)分析與防御決策支持，碰撞預(yù)警分析功能利用超算引擎實(shí)時(shí)計(jì)算小行星與地球或航天器的接近參數(shù)，并輸出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估報(bào)告，支持防御優(yōu)先級(jí)排序。安全管道分析通過誤差橢球建模，量化發(fā)射軌跡的不確定性，預(yù)測與在軌目標(biāo)（包括碎片）的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，并生成安全發(fā)射窗口與軌道修正建議。目標(biāo)解體分析功能模擬小行星受撞擊后的碎片云進(jìn)行演化推演，預(yù)測解體位置與軌道分布，為二次撞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。此外，該平臺(tái)還通過3D軌道可視化與碰撞熱力圖直觀展示威脅演化路徑，并自動(dòng)生成多方案對(duì)比報(bào)告，幫助決策者在動(dòng)能撞擊、引力牽引或核爆偏移等防御方案中做出最優(yōu)選擇。
通過算法-數(shù)據(jù)-決策閉環(huán)，該平臺(tái)可為小行星防御提供從“威脅發(fā)現(xiàn)”到“任務(wù)閉環(huán)”的完整解決方案，幫助提升人類應(yīng)對(duì)地外天體威脅的能力，為全球貢獻(xiàn)安徽科技力量。
（安徽商報(bào)融媒體記者 郜征）