Page 20 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 张鸿宇，等： 颗粒靶体撞击溅射行为研究进展 第 12 期

(3) 对撞击溅射过程进行建模，指导小行星防御相关方案设计。自 1994 年 7 月的慧木撞击事件以
来，小行星防御引起了广泛关注，国际组织也推进了相关研究并提出了多种防御方案 [47] 。其中，针对中
长预警时间的危险小行星，采用动能撞击使小行星轨道发生偏转的方式得到广泛认可 [48-49] 。该方案中，
受小行星表面微重力影响，撞击溅射幕内部超过逃逸速度的溅射物将飞离小行星。研究表明，该部分溅
射物的动量在撞击偏转过程中发挥着关键作用，对建立准确的撞击偏转模型至关重要 [50] 。同时，研究者
基于该特性进一步提出了动量增强效应 [51-52] ，旨在通过产生大量与撞击速度反方向的溅射物来提高动量
交换效率。“DART”任务为人类首次针对地外小天体开展的动能撞击偏转效能评估试验，其目标为双
小行星系统 Didymos 中的较小天体 Dimorphos [53] 。图 3 展示了撞击器进近过程中拍摄的撞击区域，可以
看出，撞击区域为砾石堆结构。撞击后的观测结果显示，Dimorphos 的公转周期缩短了 (33±1) min [54] ，撞
击过程动量倍增因子 3.36≤β≤3.80 。
[55]

(a) Process of Hayabusa-2 sampling (b) Process of OSIRIS-Rex sampling
(JAXA/University of Tokyo & Collaborators) (NASA/Goddard/University of Arizona)

图 2 利用溅射进行星壤采样的航天任务
Fig. 2 Space missions using ejecta for sampling

图 3 DART 任务撞击区域及撞击后溅射幕示意图 [53]
Fig. 3 DART mission impact area and the impact-induced ejecta [53]
撞击溅射为瞬时动态过程，天体之间的撞击溅射极难被实际观测，并且在撞击采样、小行星防御等
工程应用中，需要获得对撞击溅射过程更深入的认知以指导方案设计，因此，开展地面实验研究并获取
溅射幕的形成机理和时空演化特性具有重要意义。另外，探测器数据与远程红外数据表明，大多数小行
星表面覆盖着颗粒状风化层 [56-57] 。基于此，学者们多采用爆炸 [58-59] 或弹丸超高速撞击 [60-61] 的方式驱使颗
粒靶体发生溅射，以尽可能地在实验室条件下实现缩比研究。随着基于相似分析的相似律 [62] 以及后期
等效假设 [63-64] 的提出，低速撞击远离撞击中心位置处的成坑和溅射特性被认为可能与真实撞击过程相
似。因此，采用低速发射弹丸撞击颗粒靶体模拟实验，获得了靶体参数、撞击参数、环境因素等对溅射
过程的影响的规律性认识，为分析相关撞击事件提供了支撑。但是，已开展的研究仍面临颗粒靶体在冲
击作用下的响应及机理欠明晰、无法拓展应用于需求更多样的深空探测工程任务等问题，有待进一步开
展更深入的研究。
本文中，首先，介绍颗粒靶体撞击溅射过程，并对形成的溅射幕进行分类和描述；其次，剖析基于相
似分析的撞击溅射相似律，并指出其适用范围和局限性，重点针对颗粒靶体材料参数、撞击参数以及环
境因素等对撞击溅射行为的影响展开讨论；最后，综合国内外相关学者正在进行的研究和尚未解决的问
题，对未来的研究方向进行展望。

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