本報記者 劉琦
中國探月工程總設(shè)計師吳偉仁日前透露，我國正在規(guī)劃對一顆小行星實施動能撞擊演示驗證任務，驗證小行星防御方案可行性。這意味著我國將成為繼美國之后，第二個開展小行星動能撞擊實戰(zhàn)驗證的國家。
為何要主動撞擊小行星？此次驗證任務的難點和意義何在？對此，中國科學院上海天文臺光學天文技術(shù)研究室研究員唐正宏表示，此次任務主要是為了測試并驗證通過動能撞擊偏轉(zhuǎn)有潛在威脅小行星的技術(shù)可行性，為未來保衛(wèi)地球做準備。畢竟，理論計算和地面模擬終究有局限，只有真撞一次，才能獲得最真實的數(shù)據(jù)。
唐正宏強調(diào)，中國小行星防御計劃是一項兼具重大科學意義與技術(shù)挑戰(zhàn)的深空探測任務。該計劃將在聯(lián)合國相關(guān)倡議的框架下推進，取得的數(shù)據(jù)和研究成果將與全球科學界共享，助力人類共同提升行星防御能力與體系構(gòu)建。
主動撞擊是當前最優(yōu)解
近地小行星撞擊被聯(lián)合國列為威脅人類生存的二十大災難之首。從6500萬年前墨西哥灣撞擊事件，到1908年的通古斯大爆炸，再到2013年車里雅賓斯克隕石墜落事件，近地小行星一直威脅著地球與生命的安全。
今年2月，一顆名為2024 YR4的小行星持續(xù)引發(fā)全球關(guān)注——根據(jù)科學家計算，這顆小行星存在一定的撞擊地球的風險，后經(jīng)多次觀測，撞擊概率被調(diào)整為“接近于零”。
唐正宏指出，盡管高破壞性的近地小行星撞擊屬于極小概率事件，可一旦發(fā)生就將造成極大影響，其嚴重程度與小行星大小直接相關(guān)。他舉例說，一顆直徑10米的小行星撞擊地球的能量相當于典型核彈頭，這類事件大約每10年發(fā)生一次；而直徑10公里的小行星若撞擊地球，將引發(fā)全球災難和大規(guī)模物種滅絕——恐龍對此大概深有體會。
“主動撞擊小行星以消除其對地球的潛在威脅，是當前世界公認的最優(yōu)解。”唐正宏介紹，目前有多個國際組織致力于近地天體研究，由各國航天局組成的空間任務規(guī)劃咨詢組負責制定小行星撞擊應對任務的啟動和執(zhí)行，明確應對方案和時間期限。在當前技術(shù)條件下，動能撞擊被認為是應對小行星撞擊潛在威脅最有效、可行的方式。其他技術(shù)如炸彈定向引爆、飛行器捕獲、引力牽引、激光燒蝕等仍處于探索階段，尚不成熟。
好比在太空“穿繡花針”
據(jù)悉，這項小行星撞擊驗證任務擬采用“伴飛+撞擊+伴飛”的任務模式，發(fā)射觀測器和撞擊器，其核心任務之一是在不久的將來，發(fā)射一個組合航天器，對一顆近地小行星進行動能撞擊，隨后對撞擊效果進行近距離觀測和評估。
“簡單來說，就是主動撞一下，看看多大程度上能改變小行星的軌道。”唐正宏將這一過程類比為在太空中“穿繡花針”。即先發(fā)射一艘攜帶撞擊器的母船，在接近目標小行星時，撞擊器與母船分離，并以極高速度(約每秒6.5公里)撞向小行星。要知道，“在茫茫太空以這么高的相對速度撞擊一個直徑只有50米左右的小目標，是一個技術(shù)難點”。
與此同時，地球與小行星相距千萬公里，如何精確命中預設(shè)位置也是巨大考驗。唐正宏解釋，由于小行星是一個球體，不同撞擊點對其軌道改變效果不同。若僅擦邊撞擊，可能只改變其旋轉(zhuǎn)速度而非有效偏轉(zhuǎn)其軌道。
為此，該任務涉及超高精度自主導航與制導(準確命中一個高速運動、形狀不規(guī)則且引力微弱的小天體)、遠距離高速通信、航天器智能自主管理等尖端技術(shù)。▼ 下轉(zhuǎn)第五版
迎戰(zhàn)更具威脅的小行星
2022年9月，美國國家航空航天局(NASA)執(zhí)行“雙小行星重定向測試(DART)任務”，通過動能撞擊將目標小行星“迪莫弗斯”繞母星“迪迪莫斯”的公轉(zhuǎn)周期縮短了33分鐘。這是人類歷史上首次嘗試通過動能撞擊改變小行星的運行軌道，驗證了動能撞擊器技術(shù)的可行性。
但這項任務存在明顯局限：DART撞擊過程中的各種表現(xiàn)依賴地面望遠鏡和與其伴飛的一顆小型立方星進行觀測，由于載荷性能和觀測時間的限制，無法全面評估碰撞產(chǎn)生的濺射物影響。
“我國規(guī)劃實施的這次任務可以看作是一次補充和升級。”唐正宏表示，我國計劃利用主航天器自身攜帶的多個功能強大載荷進行近距離、長時間的精細觀測，有望獲得更詳盡的撞擊全過程數(shù)據(jù)。
此外，DART任務的目標為雙小行星系統(tǒng)，通過測量其軌道周期變化來評估撞擊效果；而我國此次的撞擊目標是一顆單獨的近地小行星，將直接測量其繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的變化。“相對來說，單顆小行星撞擊地球的概率更高，更具威脅性。”
當然，也有人擔心，原本對地球沒有威脅的小行星，是否會在被撞擊之后反而朝向地球飛來？對此，唐正宏表示，此次計劃選取的小行星距離地球有千萬公里，無論撞擊如何改變其軌道，都不可能撞向地球，其安全性已經(jīng)過充分驗證。
遠不止“撞一下”那么簡單
小行星雖然危險，但也蘊含極大科學價值，其中藏著太陽系最古老的秘密。
據(jù)了解，太陽系內(nèi)存在超過數(shù)十億顆小行星，它們是記錄太陽系形成與演化的“活化石”，富含鐵、鎳、鉑族金屬及水冰等具有重要經(jīng)濟價值的資源。無論此次目標小行星屬于何種類型，對其進行近距離觀測都將為研究太陽系早期形成和演化過程提供寶貴信息。
唐正宏將此次撞擊形容為一次“主動地震學”實驗：通過分析撞擊坑的大小、形狀、噴出物的數(shù)量和速度，可反推小行星表面和內(nèi)部物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)，這對未來評估偏轉(zhuǎn)其他小行星所需的撞擊力至關(guān)重要。
此外，完成此次任務將顯著提升中國在深空探測領(lǐng)域的技術(shù)水平，為后續(xù)更復雜的小行星采樣返回，乃至小行星采礦任務積累經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。在太空微重力環(huán)境下進行的超高速撞擊實驗本身，也將為行星物理學研究提供極其珍貴的數(shù)據(jù)。
“這次任務的價值將是巨大且多方面的，遠不止‘撞一下’那么簡單。”唐正宏強調(diào)。正因為小行星蘊藏豐富的科研資源，我國于今年啟動了首次小行星探測任務。今年5月，中國行星探測工程天問二號任務探測器成功發(fā)射。目前，天問二號探測器已在軌運行超過三個月。