科幻或成现实：激光武器改变小行星飞行路线

北京时间3月4日消息，据英国《每日邮报》报道，科学家正在建造应对小行星撞击的终极武器——DE-STAR，即“靶向小行星及勘探的定向能量系统”(Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation)。该系统将利用激光束拦截并改变小行星的飞行路线。激光拦截小行星的概念已经提出了好多年，而近日一篇论文指出，这是阻止“近地天体”(NEOs)威胁地球的可行方案。

据英国《每日邮报》报道，科学家正在建造应对小行星撞击的终极武器——DE-STAR，即“靶向小行星及勘探的定向能量系统”(Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation)。该系统将利用激光束拦截并改变小行星的飞行路线。

左图为DE-STAR系统进行多种任务的示意图，包括小行星转向、成分分析、长距离航天器供能和推进等。右图是激光束导致小行星气化的想象图。

加州大学圣塔芭芭拉分校的物理学家菲利普·鲁宾(Philip Lubin)和加州理工州立大学的加里·休斯(Gary Hughes)教授是这一理论的提出者。

另一个较小规模的系统“DE-STARLITE”也在开发之中。研究者希望该系统能与有潜在威胁的小行星“并肩”飞行，在一段相对较长的时间里使其飞行路线发生偏移。

研究者称，总体而言，这些技术目前已经可以实现，主要的挑战是如何建造一个足够规模、足够有效的DE-STAR系统。

在近期发表于《地球和行星天体物理学》(Earth and Planetary Astrophysics)期刊的论文中，作者之一、加州大学圣塔芭芭拉分校的Qicheng Zhang解释了激光如何使小行星移动，甚至使其气化的过程，从而避免地球受到撞击。他表示，轨道行星防备系统将有可能使小行星加热到气化的程度。

当小行星开始喷出物质的时候，反作用力将会使它们离开现有的轨道。据介绍，如果DE-STAR具有大约100米宽的激光阵列，那它就能使一颗320万公里之外、直径约100米的小行星偏离方向。此外，另一个系统DE-STARLITE如果运行15年，便可以使一颗直径约300米的小行星偏移大约1.3万公里的距离。

研究者用激光将玄武岩加热至白热状态。这一过程会改变物体的质量，并产生类似“火箭推进器”的效果，利用小行星本身作为推进动力。在太空中，这一过程产生的能量足以改变小行星的运行路线。

另一个较小规模的系统“DE-STARLITE”也在开发之中。研究者希望该系统能与有潜在威胁的小行星“并肩”飞行，在一段相对较长的时间里使其飞行路线发生偏移。

就在去年，研究者在实验室中模拟了该系统工作的效果——尽管是在较小的尺度上。他们利用玄武岩(已知的小行星成分类似)作为激光轰击的目标，使其加热至白热状态。这一过程会改变物体的质量，并产生类似“火箭推进器”的效果，利用小行星本身作为推进动力。在太空中，这一过程产生的能量足以改变小行星的运行路线。

“这里发生的过程称为升华或气化，能将固体或液体转化为气体，”研究者解释道，“这些气体形成了一缕云雾，也就是物质抛射，从而产生了反向的推动力，而这正是我们要测量的。”他们利用磁场使玄武岩旋转，然后使激光固定在转动的相反方向上，以减缓旋转速率。

视频结果显示，玄武岩样品的旋转慢了下来，停住之后改变了方向，又重新旋转起来。研究者表示，这一过程表明在太空中减缓小行星旋转并使其改变方向是可能的。

对此菲利普·鲁宾表示，对小行星旋转速度的操控提供了另一个重要的可能性：我们或许将有能力对小行星进行探究、捕获和矿产开采。这些也正是美国航空航天局(NASA)的“小行星重定向任务”(Asteroid Redirect Mission)所制定的目标。

这项任务目前还处于理论研究阶段，其目标是探访一颗较大的近地小行星，在其外表采集岩石样品并送回地球。有可能的话，可以将这颗小行星重定向到一个稳定的、围绕月球的轨道上。

“所有的小行星都会旋转；问题在于绕着什么东西旋转，以及转动的速度有多快，”鲁宾解释道，“如果要在小行星上采矿，那它的旋转速度要足够慢，这样你才能捕获它。我们的实验生动地揭示出，(激光系统)是使小行星停止转动或重定向的有效方法。结果显示这项技术能非常好地运行。”

玄武岩的成分与已知的小行星类似。研究者利用磁场使玄武岩旋转，然后使激光固定在转动的相反方向上，以减缓旋转速率。

玄武岩被放在一个扭力天平上，使其在受到激光轰击时保持稳定。

除此之外，研究人员还在探究光子的推进力，这是该团队最新项目“星系探究定向推进”(Directed Energy Propulsion for Interstellar exploratioN，DEEP-IN)的关键所在。DEEP-IN项目依赖于光子的推进力，即激光阵列所发出的光子能用于推动航天器飞行。

这意味着，未来的星际旅行中，小型宇宙飞船将有可能达到相对论性飞行——速度接近光速。研究团队还测试了一个光子回收利用装置，能通过激光的反射来回收光子。“我们在一定距离上设置了第二个反射镜，使光子能够在飞船的反射器上像乒乓球一样来回运动，”研究者Brashears说，“我们回收这些光子是为了达到推进力叠加的效果，使飞船能够飞行得更快。到目前为止，通过一个简单的工序，我们已经可以达到5倍的放大效果，通过改良提高倍数是可能的。”

这些研究具有非常广阔的前景，但要真正将其整合到航天器的飞行系统中，还涉及到许多非常复杂的问题，研究者还有很长的路要走。

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