距地球約1000萬公里外的深空，一場(chǎng)“太空臺(tái)球”正在被預(yù)先策劃。
所謂“太空臺(tái)球”，是航天領(lǐng)域?qū)χ鲃?dòng)撞擊小行星防御行動(dòng)的形象比喻。
這一比喻的精到之處在于，它揭示了這場(chǎng)撞擊的復(fù)雜張力——在超1000萬公里處向疾馳的小行星發(fā)射高速撞擊器，且需分毫不差地命中目標(biāo)，對(duì)撞擊角度、速度、位置等要素均需周密考量。恰如職業(yè)球手需在分秒間緊張計(jì)算，以求揮出“一桿進(jìn)洞”的最佳效果。
近日，中國(guó)首度全面闡釋，將向小行星“揮桿”。
吳偉仁介紹演示任務(wù)內(nèi)容（圖源：IC PHOTO）
近期舉辦的第三屆深空探測(cè)（天都）國(guó)際會(huì)議上，在題為《中國(guó)小行星探測(cè)與防御》 的報(bào)告中，中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師、深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室主任兼首席科學(xué)家吳偉仁首度全面闡釋，我國(guó)正在規(guī)劃對(duì)一顆小行星實(shí)施動(dòng)能撞擊演示驗(yàn)證任務(wù)。
“為免除未來威脅，主動(dòng)撞擊小行星是必要演練，中國(guó)在當(dāng)下也有能力去做。”山東大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授胡紹明如是指出。
“太空揮桿”，中國(guó)方案有何獨(dú)特
山東大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)、行星科學(xué)團(tuán)隊(duì)課題組長(zhǎng)凌宗成介紹，中國(guó)并非首個(gè)向小行星“揮桿”的國(guó)家。
2022年9月，美國(guó)曾啟動(dòng)“雙小行星重定向測(cè)試”（DART） 任務(wù)，耗資3.3億美元打造航天器“飛鏢”，迎面撞擊了1100萬公里外的小行星“迪莫弗斯”，此后這顆小行星軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，繞其母星“迪迪莫斯”的公轉(zhuǎn)周期縮短了33分鐘。
DART任務(wù)軌道示意圖（圖源：軍工資源網(wǎng)）
換言之，這一任務(wù)具有里程碑式意義——它首次證實(shí)了通過動(dòng)能撞擊，人類可以主動(dòng)改變小行星運(yùn)行軌道，而非僅有被動(dòng)等待“天外來客”的單一選項(xiàng)。
如今，作為第二個(gè)公開披露撞擊計(jì)劃的國(guó)家，中國(guó)方案有何獨(dú)特之處？
其中最為亮眼的，無疑是吳偉仁提及的“伴飛+撞擊+伴飛”的任務(wù)模式。據(jù)報(bào)道，觀測(cè)器將先期抵達(dá)目標(biāo)小行星，進(jìn)行“伴飛”觀測(cè)，以便獲取小行星的詳細(xì)特性參數(shù)；然后，撞擊器對(duì)小行星實(shí)施高速撞擊，撞擊全過程將通過天地聯(lián)合方式，采用近距離高速成像等技術(shù)，開展小行星軌道、形貌和濺射物變化觀測(cè)，準(zhǔn)確評(píng)估撞擊效果。
在美國(guó)DART任務(wù)中，對(duì)“迪莫弗斯”的觀測(cè)依賴地面望遠(yuǎn)鏡與立方星，需通過間接推算獲取數(shù)據(jù)，存在精度局限。而我國(guó)任務(wù)模式不是“撞完就跑”，通過完備的觀測(cè)設(shè)計(jì)和主航天器功能強(qiáng)大的多個(gè)載荷，不再開“太空盲盒”，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)小行星的近距離實(shí)時(shí)觀測(cè)。
“就像在地面開車發(fā)動(dòng)撞擊，方向偏左或偏右?guī)桌迕?、速度快或慢幾毫秒，效果將大相徑庭?！焙B明強(qiáng)調(diào)撞擊前后觀測(cè)十分關(guān)鍵，“在太空，情況則更為復(fù)雜，小行星本身還在以每秒數(shù)公里的速度運(yùn)動(dòng)，所以要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)撞擊，對(duì)小行星的特性參數(shù)必須仔細(xì)了解?！?/b>
此外，與美國(guó)的“雙星”測(cè)試不同，我國(guó)本次意在撞擊單顆近地小行星。
美國(guó)當(dāng)時(shí)選擇于距離較遠(yuǎn)處撞擊雙星中較小一顆，利用母星作為參照物計(jì)算周期，且小心翼翼控制對(duì)地威脅，團(tuán)隊(duì)成員科林·斯諾德格拉斯曾表示，“我們只是改變了它圍繞另一顆更大的小行星運(yùn)動(dòng)的軌道，沒有改變它圍繞太陽的軌道，它不會(huì)朝著地球沖過來?！?/b>
DART任務(wù)撞擊過程示意圖（圖源：軍工資源網(wǎng)）
而中國(guó)方案則直接挑戰(zhàn)實(shí)際威脅更大、直徑更小的單顆小行星，模擬真實(shí)威脅場(chǎng)景，直接改變其繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道并進(jìn)行測(cè)量，也將直接驗(yàn)證對(duì)地球威脅目標(biāo)的偏轉(zhuǎn)能力，技術(shù)難度升級(jí)頗大。
并且，據(jù)吳偉仁透露，中國(guó)的撞擊規(guī)劃將精確控制小行星發(fā)生3～5厘米偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)“厘米級(jí)軌道變化”，讓小行星至少在數(shù)十年至100年內(nèi)不會(huì)撞擊地球。
而在DART任務(wù)中，撞擊產(chǎn)生了2.7毫米/秒的軌道速度改變量，有分析人士指出，假設(shè)迪莫弗斯向地球正面撲來，這一改變量實(shí)際上難以使地球擺脫被撞命運(yùn)。
總體來說，美國(guó)DART任務(wù)回答了可行性的首要問題——“能撞偏”的答題過程亦提供了技術(shù)標(biāo)桿。
而中國(guó)方案則需提供更為模范的解題思路，即：撞得準(zhǔn)、推得動(dòng)、測(cè)得出、說得清。未來中國(guó)任務(wù)若成功，觀測(cè)－撞擊－評(píng)估也將成為可復(fù)制的“一條鏈”，為全球小行星的真實(shí)防御，寫下能復(fù)用的定量說明書。
迎戰(zhàn)太空威脅，“永遠(yuǎn)不會(huì)太早”
為何是此時(shí)此刻，中國(guó)鄭重宣告將開打“太空臺(tái)球”，主動(dòng)防御小行星威脅？
最直觀的思路認(rèn)為，這是否與小行星近來威脅加大有關(guān)？科普中國(guó)科普專家劉勇認(rèn)為，目前小行星對(duì)地風(fēng)險(xiǎn)并未顯著增高，他更認(rèn)可這是技術(shù)成熟的必然，“最根本的解釋就是中國(guó)現(xiàn)在恰好具備了這個(gè)能力。”
其實(shí)，回看約6600萬年前恐龍滅絕歷史，防御小行星撞擊無疑成為人類解決生存焦慮的首要課題之一。據(jù)吳偉仁介紹，近地小行星撞擊的確已被聯(lián)合國(guó)列為威脅人類生存的二十大災(zāi)難之首。
近現(xiàn)代的慘痛撞擊記憶亦始終提醒著人類進(jìn)行防御的緊迫——1908年的通古斯大爆炸讓2150平方公里的森林頃刻間被夷為平地，這被認(rèn)為由一顆直徑約65米的石質(zhì)小行星引發(fā)；2013年，一顆直徑約18米的小天體直襲俄羅斯車?yán)镅刨e斯克州，致使約1500人受傷，數(shù)千棟房屋受損。
“包括1994年，彗星‘蘇梅克-列維 9 號(hào)’的21塊碎片撞入木星南半球，成為人類史上首次全程目擊的大行星天體撞擊事件，使我們深深感同身受了撞擊的慘烈?！焙B明提到，人類通過媒介手段直接接收撞擊的強(qiáng)烈視覺沖擊，促使對(duì)行星防御的探索加快提上日程。
1994年7月20日木星CCD圖像，右側(cè)邊緣部分黑色斑點(diǎn)為撞擊痕跡（圖源：上海天文館）
何況，真切的危險(xiǎn)也曾一度逼近。今年初，一顆編號(hào)為“2024YR4”的小行星因撞擊地球的可能性一度引發(fā)全球關(guān)注。值得慶幸的是，后經(jīng)科學(xué)界多次觀測(cè)，其撞擊概率被調(diào)整為“接近于零”。雖虛驚一場(chǎng)，卻督促著全球加快防御體系建設(shè)的腳步。
正面迎戰(zhàn)太空威脅，似乎“永遠(yuǎn)不會(huì)太早”。事實(shí)上，中國(guó)早在2018年2月，便已作為正式成員加入國(guó)際小行星預(yù)警網(wǎng)（IAWN）。
《2021中國(guó)的航天》白皮書中亦提到，要論證建設(shè)近地小天體防御系統(tǒng)，提升監(jiān)測(cè)、編目、預(yù)警和應(yīng)對(duì)處置能力。
2023年4月，首屆深空探測(cè)（天都）國(guó)際會(huì)議上，中國(guó)深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室的專家已經(jīng)向公眾詳細(xì)介紹中國(guó)的近地小行星防御計(jì)劃；2024年5月，天問二號(hào)探測(cè)器成功發(fā)射，首次對(duì)近地小行星2016HO3開展伴飛與采樣返回任務(wù)。
在剛剛結(jié)束的“九三閱兵”儀式上，一支亮相于公眾的軍事航天部隊(duì)方隊(duì)受到了格外矚目，引發(fā)熱烈討論。
9月3日，軍事航天部隊(duì)方隊(duì)接受檢閱（圖源：新華社）
劉勇介紹，除撞擊外，還有炸彈定向引爆、飛行器捕獲、引力牽引、激光燒蝕等多種防御手段仍待檢驗(yàn)，目前撞擊為“最優(yōu)解”。中國(guó)科學(xué)界對(duì)這一問題亦表現(xiàn)活躍，貢獻(xiàn)出諸多解題思路，例如，先后提出“末級(jí)擊石”和“以石擊石”等創(chuàng)新方案，若實(shí)現(xiàn)將為軌道偏轉(zhuǎn)效率帶來數(shù)量級(jí)提升。
胡紹明強(qiáng)調(diào)，“不應(yīng)設(shè)限，應(yīng)該充分發(fā)揮發(fā)散性思維多多提出解法?！?/b>
向深空擷成果，想象空間愈廣闊
在本屆深空探測(cè)（天都）國(guó)際會(huì)議上，吳偉仁對(duì)于探索深空的開放性表態(tài)受到廣泛稱贊。他明確指出，小行星防御是“全球公共安全產(chǎn)品”，提出“中國(guó)的任務(wù)不僅是撞一顆小行星，更是要建立人類應(yīng)對(duì)宇宙威脅的新范式?！?/b>
基于這一理念，會(huì)議當(dāng)場(chǎng)，吳偉仁也向全球合作發(fā)出誠(chéng)摯邀請(qǐng)，計(jì)劃與40余個(gè)國(guó)家共享觀測(cè)數(shù)據(jù)、聯(lián)合研制載荷，寄望“攜手共同建設(shè)小行星防御體系，和世界各國(guó)一起守衛(wèi)我們的地球家園”。
胡紹明認(rèn)為，在小行星防御體系的建設(shè)中，國(guó)家必須在充分合作同時(shí)保持獨(dú)立性、主體性，兼顧開放與可控，“我們需要有自主的監(jiān)測(cè)體系，有獨(dú)立的小行星數(shù)據(jù)庫，把自己的基礎(chǔ)能力建設(shè)得扎實(shí)全面?！?/b>
“不要只關(guān)注小行星撞地球的危機(jī)，就忽略了它們的科研價(jià)值。”在劉勇眼中，小行星遠(yuǎn)不止是“防御目標(biāo)”，還有相當(dāng)寶貴的研究與開發(fā)價(jià)值。
此前研究表明，小行星富含鐵、鎳、鉑族金屬以及水冰等資源，對(duì)小行星資源的開發(fā)利用，不僅是深空探測(cè)的重要方向，更是未來太空經(jīng)濟(jì)和地外資源補(bǔ)給的核心支撐。
首次演練任務(wù)，于科研層面也將持續(xù)釋放技術(shù)紅利。中國(guó)深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)研究院院長(zhǎng)陳琦此前接受采訪時(shí)介紹，本次任務(wù)并非僅承擔(dān)科學(xué)目標(biāo)，還有“三大工程目標(biāo)”。
具體而言，一則突破不確知目標(biāo)特性下的高速、高精度制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制等關(guān)鍵技術(shù)；二則實(shí)現(xiàn)撞擊效果高精度觀測(cè)與評(píng)估，探索出地基監(jiān)測(cè)和天基探測(cè)聯(lián)合評(píng)估模式和方法；最后，中方還希望建設(shè)預(yù)警與處置決策支持平臺(tái)，完善整套工作機(jī)制，驗(yàn)證撞擊風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行模式。
商業(yè)航天領(lǐng)域，延伸至深空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，防御計(jì)劃也展現(xiàn)出更為廣闊的想象空間。業(yè)內(nèi)分析認(rèn)為，工程涉及的深空探測(cè)、精密制造、新材料、在軌服務(wù)等領(lǐng)域，將帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈“加速流動(dòng)”，如航天材料企業(yè)、精密儀器廠商、軟件服務(wù)商等企業(yè)均可在其中尋到機(jī)會(huì)。
商業(yè)航天示意圖（圖源：網(wǎng)絡(luò)）
回到本土視野，山東作為工業(yè)門類齊全的制造業(yè)大省，若能參與防御體系建設(shè)，亦有相當(dāng)潛力貢獻(xiàn)能量，且本省已有相關(guān)科研設(shè)備與技術(shù)積累。
胡紹明提到，建立常態(tài)化的小行星監(jiān)測(cè)防御體系意義重大，“山東大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在小行星觀測(cè)研究、行星科學(xué)，尤其是監(jiān)測(cè)體系的設(shè)備與人員方面，已有一些先期研究和成果的積累。希望未來能夠在中國(guó)方案中，進(jìn)一步貢獻(xiàn)‘山東智慧’?！?/b>
（大眾新聞?dòng)浾?張瑞雪 劉姝彤 曾軻）
