世界掀起小行星探測(cè)新高潮

世界掀起小行星探測(cè)新高潮

近些年，美日競(jìng)相發(fā)射小行星探測(cè)器，并已取得了顯著成就。另外，美國(guó)新成立的兩家民間公司準(zhǔn)備開(kāi)采小行星上的寶藏，越來(lái)越多的國(guó)家或機(jī)構(gòu)開(kāi)始研究如何防止近地小行星撞擊地球的方案。2013年4月，美國(guó)政府宣布了一個(gè)大膽設(shè)想：捕獲小行星并拖至月球軌道，進(jìn)而載人登陸小行星，然后把小行星用作載人登火星的中轉(zhuǎn)站。所以，小行星探測(cè)十分值得關(guān)注。2013年10月25日，太空探險(xiǎn)家協(xié)會(huì)（由各國(guó)航天員組成）在紐約召開(kāi)記者招待會(huì)，呼吁國(guó)際社會(huì)合作，防范小行星撞擊地球。

1 意義重大

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類越來(lái)越認(rèn)識(shí)到探測(cè)、開(kāi)發(fā)小行星具有重要意義。

一是因?yàn)樾⌒行鞘翘?yáng)系形成時(shí)殘留下來(lái)的初始物質(zhì)，保存了太陽(yáng)系形成時(shí)的大量珍貴信息，因此探測(cè)小行星能認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系的最初物質(zhì)組成，更好地研究太陽(yáng)系的形成和演化。

二是利用小行星能測(cè)定行星質(zhì)量，因?yàn)楫?dāng)某顆小行星接近大行星時(shí)，大行星對(duì)它的攝動(dòng)作用必然影響其軌道，所以從其軌道的微小變化中可以算出行星的實(shí)際質(zhì)量。

三是小行星可能蘊(yùn)藏著豐富的燃油和貴重金屬等礦產(chǎn)資源，開(kāi)發(fā)它們能大大緩解地球上因原材料日益匱乏而導(dǎo)致的全球性通貨膨脹，以及由此引發(fā)的國(guó)家之間的緊張和矛盾。

四是研究近地小行星，可以為地球自身的安全做好預(yù)測(cè)和防范，尋找到防止近地小行星撞擊地球的技術(shù)和方法。

五是小行星也能作為載人登火星的中轉(zhuǎn)站，成為深入探索太空的基石。

美國(guó)已準(zhǔn)備在2025年以前載人探測(cè)、登陸小行星，為2035年載人登陸火星做準(zhǔn)備。

準(zhǔn)備發(fā)射的美國(guó)“尼爾”小行星探測(cè)器

日本隼鳥(niǎo)－1密封艙成功著陸地球時(shí)的狀況

2 競(jìng)相探測(cè)

美國(guó)“尼爾”率先出擊

1996年2月17日，美國(guó)德?tīng)査?火箭發(fā)射了世界首個(gè)小行星探測(cè)器“尼爾”（NEAR，又稱“近地小行星交會(huì)”）。其質(zhì)量為805kg，于2000年2月14日進(jìn)入愛(ài)神星（Eros）軌道，這是航天器首次成功進(jìn)入圍繞小行星運(yùn)行的軌道。

“尼爾”上帶有相機(jī)、激光測(cè)距儀和無(wú)線電科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備等6臺(tái)探測(cè)儀器，用于確定愛(ài)神星的尺寸、質(zhì)量、密度、磁場(chǎng)及巖石成分。2001年2月12日，在探測(cè)任務(wù)結(jié)束之際，“尼爾”首次以硬著陸的方式降落到愛(ài)神星的表面，結(jié)束了長(zhǎng)達(dá)5年的富有成果的太空之旅。在5年的太空活動(dòng)中，“尼爾”飛行了3.2×109km，其中繞愛(ài)神星飛行了1年，共拍攝了16萬(wàn)幅圖片，搜集了比科學(xué)家原先計(jì)劃還多10倍的數(shù)據(jù)，大大超過(guò)了原來(lái)的預(yù)期。

日本“隼鳥(niǎo)”排除萬(wàn)難

2003年5月9日，日本發(fā)射隼鳥(niǎo)－1（Hayabusa－1）小行星探測(cè)器。它用于探測(cè)位于地球和火星之間距離地球3×108km的糸川小行星，并采集樣本帶回地球供科學(xué)家研究。

2005年9月12日，隼鳥(niǎo)－1飛抵離糸川小行星20km高的預(yù)定軌道。它用自身攜帶的X射線和紅外探測(cè)儀觀測(cè)了糸川小行星表面情況，收集其成分和地形數(shù)據(jù)。10月，隼鳥(niǎo)－1降低軌道高度，從10km之內(nèi)對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)。

2005年11月12日，隼鳥(niǎo)－1在距離小行星表面55m高的地方向糸川小行星表面投放了所攜帶的“智慧女神”（MINERVA）子探測(cè)器，以采集糸川小行星表面數(shù)據(jù)，但因故障，“智慧女神”子探測(cè)器失靈了。

不過(guò)，2005年11月20日和26日，隼鳥(niǎo)－1先后2次在糸川小行星表面短時(shí)間著陸，采集其表面的巖石樣本。它是通過(guò)著陸產(chǎn)生的撞擊，吸入飛濺起來(lái)的碎石。

隼鳥(niǎo)－1原本定于2005年12月返航，2007年6月回到地球，但由于出現(xiàn)了故障，所以一直到2010年6月13日才降落在澳大利亞南部的沙漠地帶。

2007年9月27日，美國(guó)發(fā)射了首個(gè)用離子推進(jìn)技術(shù)完成實(shí)用型科學(xué)探測(cè)任務(wù)的“黎明”（Dawn）小行星探測(cè)器，用于在2011年和2015年先后探測(cè)火星和木星間的小行星帶中最大的2顆小行星—谷神星（Ceres）和灶神星（Vesta）。利用“黎明”小行星探測(cè)器上的同一套科學(xué)儀器探測(cè)2個(gè)不同目標(biāo)，便于科學(xué)家將2套探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的對(duì)比分析。

“黎明”小行星探測(cè)器是第1個(gè)在太陽(yáng)系中環(huán)繞2個(gè)分離目標(biāo)軌道的空間探測(cè)器，裝有3臺(tái)離子推進(jìn)器，從地球起飛時(shí)使用了發(fā)射成本較低的火箭。由于離子推進(jìn)器有加速時(shí)間長(zhǎng)、可取得較大的速度變化和便于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以“黎明”小行星探測(cè)器靈活性較大，發(fā)射窗口較長(zhǎng)。

2011年7月15日，“黎明”小行星探測(cè)器進(jìn)入灶神星軌道，成為首個(gè)對(duì)小行星帶中的小行星進(jìn)行探測(cè)的空間探測(cè)器，并于8月11日正式開(kāi)始了對(duì)這顆巨型巖質(zhì)小行星的探測(cè)任務(wù)，對(duì)灶神星拍攝了多角度圖片，幫助科學(xué)家繪制灶神星地形圖并開(kāi)展相關(guān)研究。2012年9月5日，“黎明”小行星探測(cè)器離開(kāi)灶神星軌道，向谷神星飛去，預(yù)計(jì)在2015年抵達(dá)目的地。

探測(cè)灶神星和谷神星的美國(guó)“黎明”小行星探測(cè)器示意圖

中國(guó)嫦蛾-2發(fā)揮余熱

2012年6月1日，已在日地L2點(diǎn)開(kāi)展了10個(gè)月科學(xué)探測(cè)的嫦娥－2探測(cè)器成功變軌，進(jìn)入飛往小行星的軌道。

2012年12月13日，嫦娥－2在距地球約7×106km的深空與圖塔蒂斯（Toutatis）小行星交會(huì)。它們交會(huì)時(shí)的相對(duì)距離約3.2km，相對(duì)速度10.73km/s，并用星載監(jiān)視相機(jī)對(duì)該小行星進(jìn)行了光學(xué)成像，這不僅是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)小行星的飛越探測(cè)，也是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)圖塔蒂斯近距離探測(cè)。此前，圖塔蒂斯運(yùn)行軌道參數(shù)主要來(lái)自國(guó)際上公布的數(shù)據(jù)，具有不確定性，精確預(yù)測(cè)軌道是嫦娥－2再拓展任務(wù)能否成功的關(guān)鍵。我國(guó)集中國(guó)內(nèi)多臺(tái)光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行小行星測(cè)軌，提高了測(cè)量精度，測(cè)算出“中國(guó)版本”的圖塔蒂斯小行星軌道，為與衛(wèi)星交會(huì)飛行軌道設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。圖塔蒂斯因運(yùn)行時(shí)與地球距離近，被美國(guó)航空航天局（NASA）列入“潛在危險(xiǎn)小行星名單”。其形狀及自轉(zhuǎn)都極具特點(diǎn)，對(duì)其開(kāi)展研究還有助于了解小行星在早期太陽(yáng)系的碰撞演化的重要科學(xué)信息。嫦娥－2對(duì)圖塔蒂斯小行星的探測(cè)，使我國(guó)成為繼美國(guó)、歐洲航天局（ESA）和日本之后，第4個(gè)探測(cè)小行星的國(guó)家。在實(shí)現(xiàn)“軌道測(cè)得準(zhǔn)、衛(wèi)星控得住、圖像拍得好”的工程目標(biāo)后，嫦娥－2工程完美收官。嫦娥－2再拓展試驗(yàn)的成功實(shí)施，突破并驗(yàn)證了衛(wèi)星對(duì)小天體探測(cè)的軌道設(shè)計(jì)與飛行控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)航天飛行從4×105～7×106km以遠(yuǎn)的跨越；為嫦娥－3任務(wù)新建成的喀什35m、佳木斯66m大型深空站和上海65m甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）站提供了最佳合作目標(biāo)，進(jìn)行空間測(cè)試和標(biāo)校試驗(yàn)，驗(yàn)證了天地測(cè)控設(shè)備的正確性和協(xié)調(diào)性；我國(guó)第一次綜合利用光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)圖塔蒂斯小行星的飛行軌道精確測(cè)定，進(jìn)一步驗(yàn)證并完善了國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)對(duì)的軌道觀測(cè)數(shù)據(jù)；開(kāi)辟了我國(guó)航天活動(dòng)一次發(fā)射開(kāi)展月球、L2點(diǎn)、小行星等多目標(biāo)、多任務(wù)探測(cè)的先河。這些都為我國(guó)未來(lái)開(kāi)展月球以遠(yuǎn)的深空探測(cè)積累了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。飛越小行星后，嫦娥－2正向更遠(yuǎn)的深空飛行，2014年2月達(dá)到7×107km。

美國(guó)“奧西里斯-風(fēng)化層探測(cè)者”探測(cè)器

未來(lái)研制發(fā)射計(jì)劃

由于隼鳥(niǎo)－1大難不死獲得成功，大大鼓舞了日本的航天事業(yè)。現(xiàn)在，日本已計(jì)劃在2014年發(fā)射隼鳥(niǎo)－2小行星探測(cè)器，它將于2020年登陸1999JU3小行星，然后借助機(jī)械臂采集1999ju3小行星上的巖石樣本，最終返回地球。

2016年，美國(guó)將發(fā)射“奧西里斯-風(fēng)化層探測(cè)者”（OSIRIS-REX）探測(cè)器，它可增進(jìn)對(duì)近地小行星的基本科學(xué)了解，研究小行星的物質(zhì)，測(cè)繪1999RQ36小行星的整體特性，測(cè)量非引力作用力，并提供觀測(cè)數(shù)據(jù)以供與地面望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)作比較，并于2023年攜帶至少60g的1999RQ36小行星表面物質(zhì)返回地球。

2017年1月，美國(guó)由宇宙神－5火箭將發(fā)射“埃莫”（Amor）近地小行星探測(cè)器。它將與一個(gè)由3顆小行星組成的2001SN263小行星系統(tǒng)進(jìn)行交會(huì)、著陸和探測(cè)，用于對(duì)未來(lái)載人小行星探測(cè)計(jì)劃提供至關(guān)重要的實(shí)際考察數(shù)據(jù)。

3 開(kāi)采計(jì)劃

天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了9500顆近地小行星，并且每年還新發(fā)現(xiàn)約1000顆近地小行星。而這些近地小行星幾乎全都含有水，其中不少還有許多鎳、鉑、金等貴重金屬。

小行星的礦藏

初步觀測(cè)和探測(cè)表明，小行星可能蘊(yùn)藏著豐富的燃油和貴重金屬等礦產(chǎn)資源。比如：162385（2000BM19）小行星價(jià)值3.44萬(wàn)億美元；4034Vishnu小行星價(jià)值2.51萬(wàn)億美元；65679（1989 UQ）小行星價(jià)值1.77萬(wàn)億美元；7753（1988XB）小行星價(jià)值1.38萬(wàn)億美元；3200Phaethon小行星價(jià)值8700億美元。值得一提的是241Germania小行星上存在價(jià)值達(dá)95.8萬(wàn)億美元的礦產(chǎn)，幾乎與整個(gè)世界的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）相當(dāng)。

此外，小行星可作為載人登火星或其他行星的中轉(zhuǎn)站，成為深入探索太空的基石。因?yàn)槠渖嫌胸S富的水資源，它可以直接用于航天員或分解成氧和氫，供航天員呼吸和星際飛船的燃料使用，大幅降低人類太空飛行的費(fèi)用，幫助人類探索更遙遠(yuǎn)的太空世界。

總之，開(kāi)采小行星將使人類在太陽(yáng)系中走得更遠(yuǎn)。為此，2012年、2013年，美國(guó)先后成立了兩家準(zhǔn)備到小行星采礦的民間公司，不過(guò)這兩家公司采用的策略和方法稍有不同。

行星資源公司

2012年4月24日，由谷歌公司聯(lián)合創(chuàng)始人佩奇和執(zhí)行董事會(huì)主席施密特聯(lián)合著名導(dǎo)演卡梅隆及其他投資者，共同成立了一家頗具雄心的太空探索和自然資源開(kāi)發(fā)公司—行星資源公司。

美國(guó)行星資源公司計(jì)劃先明確所要開(kāi)發(fā)的小行星，基本要求是距離近、資源多。為此，將建造一系列空間探測(cè)器。首先，用該公司的集結(jié)探礦者－100（Arkyd－100）系列探測(cè)器對(duì)近地軌道小行星進(jìn)行普查，然后根據(jù)這些近地小行星遠(yuǎn)近和成分進(jìn)行分類。對(duì)于離地球較遠(yuǎn)的小行星用集結(jié)探礦者－200、300系列探測(cè)器進(jìn)行近距離考察。最后，在綜合分析的基礎(chǔ)上實(shí)施開(kāi)采活動(dòng)。

美國(guó)行星資源公司擬研制的集結(jié)探礦者－100探測(cè)器示意圖

美國(guó)深空工業(yè)公司的“螢火蟲(chóng)”探測(cè)器

美國(guó)采用“微重力鑄造”技術(shù)生產(chǎn)的零件

深空工業(yè)公司

2013年1月22日，美國(guó)新成立的深空工業(yè)公司宣布，將在2015年發(fā)射質(zhì)量約25kg的“螢火蟲(chóng)”（FireFly）探測(cè)器，用于尋找距地球小于4.83×108km的小行星上的資源；在2016年發(fā)射質(zhì)量約31.75kg的“蜻蜓”（DragonFlies）探測(cè)器，用于從選定的小行星上運(yùn)回采集樣本到地球，供科學(xué)家進(jìn)行詳細(xì)分析，確認(rèn)小行星上礦物是否具有足夠價(jià)值并確定下一步探測(cè)目標(biāo)。

該公司已擁有一項(xiàng)專利技術(shù)—“微重力鑄造”，即用3D打印機(jī)將小行星的原材料轉(zhuǎn)化成復(fù)合金屬零件，以替換破損的零部件。

開(kāi)采小行星是在“燒錢(qián)”嗎？

不過(guò)，有很多人認(rèn)為開(kāi)采小行星礦藏是在“燒錢(qián)”，成本太高，得不償失。對(duì)此，美國(guó)行星資源公司一位負(fù)責(zé)人表示，該公司把降低鉑金價(jià)格視為一個(gè)潛在目標(biāo)，以便使它的價(jià)格下跌20%～50%。美國(guó)行星資源公司首先要開(kāi)發(fā)新技術(shù)，以降低太空探索成本至現(xiàn)行費(fèi)用的1/10～1/100。

美國(guó)行星資源公司創(chuàng)辦人安德森說(shuō)，以小行星為開(kāi)采對(duì)象是成熟理論，因?yàn)樾⌒行琴|(zhì)量小、重力小、有水幾率高，可降低飛行器擺脫重力的能量耗用和往返燃料成本。該公司需要尋找一顆“測(cè)試行星”，以證明太空采礦是可行并且經(jīng)濟(jì)的。美國(guó)航空航天局也認(rèn)同這一思路并表示，隨著技術(shù)的進(jìn)步和自然資源的減少，太空采礦在21世紀(jì)晚些時(shí)候可能將變得有利可圖。該局希望至少能從小行星上采集60g的樣品，如果計(jì)劃順利將采集2kg，未來(lái)5～10年內(nèi)將看到小行星采礦服務(wù)業(yè)的興起。

4 預(yù)防小行星撞地方案

2013年2月15日，直徑17m、質(zhì)量達(dá)1×104t的隕石（這是自1908年以來(lái)墜落地球的最大隕石），以18km/s的速度撞向地球，墜落在俄羅斯車(chē)?yán)镅刨e斯克州，爆炸當(dāng)量相當(dāng)于4.7×105t的三硝基甲苯（TNT）烈性炸藥，空中爆炸的威力為廣島原子彈的30倍，隕石爆炸產(chǎn)生的沖擊波到達(dá)地面后，擊碎了無(wú)數(shù)居民家里的玻璃，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟?200人受傷。

小行星撞擊地球示意圖

多次威脅地球

歷史上曾發(fā)生過(guò)多次小行星撞地球的事件。例如，2008年，一顆直徑只有幾米的小行星墜落到了蘇丹，碎片散落到了努比亞沙漠。2012年1月27日，曾有一顆公共汽車(chē)大小的小行星（2012 BX34）在距離地球6×104km飛過(guò)。2013年2月16日，體積相當(dāng)于白宮（直徑約45m）的小行星2012DA14近距離與地球“擦肩而過(guò)”，當(dāng)時(shí)它正飛行于印度尼西亞上空，距離地球僅約2.7×104km。這一距離已低于地球同步衛(wèi)星的軌道高度，列20顆最接近地球的小行星之首。

盡管這些小行星沒(méi)有對(duì)地球造成威脅，但它們?cè)俅蜗虻厍蛉饲庙懥司姡铀傺芯咳绾畏乐菇匦⌒行亲矒舻厍虻姆椒ê图夹g(shù)了，因?yàn)樾⌒行亲矒舻厍蚴鞘澜缟纤拇笸话l(fā)巨大災(zāi)難之一，早晚有一天會(huì)撞擊地球。美國(guó)航空航天局最近公布的一份高精度“潛在危險(xiǎn)小行星”圖顯示，到2013年早些時(shí)候?yàn)橹梗瑢?duì)地球構(gòu)成潛在威脅的小行星超過(guò)1400顆。

小行星撞擊地球可使人類遭受滅頂之災(zāi)。科學(xué)家估計(jì)，如果有小行星撞向地球，即使是一顆直徑僅200m的小行星，就足以毀滅地球上的一個(gè)國(guó)家。所以，許多國(guó)家都在研究應(yīng)對(duì)方法，并取得不同程度的進(jìn)展。

美國(guó)目前主要用PS1天文望遠(yuǎn)鏡負(fù)責(zé)監(jiān)視地球附近直徑300m～1km的小行星。該天文望遠(yuǎn)鏡每隔30s就會(huì)對(duì)36個(gè)月球大小的天空范圍拍攝一張1400M像素的照片。每天收集的數(shù)據(jù)足以裝滿1000張DVD，而每張照片都可以打印成一張足以覆蓋半個(gè)籃球場(chǎng)的300dpi圖片。

2013年2月，美國(guó)夏威夷大學(xué)的研究小組提出了一項(xiàng)更便宜、更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，名為“小行星陸地影響警報(bào)系統(tǒng)”。它是由8個(gè)望遠(yuǎn)鏡組成，每一個(gè)都裝配有非常強(qiáng)大的相機(jī)，預(yù)計(jì)于2015年開(kāi)始建造，有非常高的敏感性，相當(dāng)于從美國(guó)舊金山觀測(cè)到紐約發(fā)出的一道火柴光芒。

2013年2月，美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校教授魯賓及其科研團(tuán)隊(duì)發(fā)布一套應(yīng)對(duì)天體威脅的方案，原理是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成具有破壞力的激光束，用于偏轉(zhuǎn)或蒸發(fā)那些對(duì)地球構(gòu)成威脅的小行星。他們構(gòu)想了一套名叫“定向太陽(yáng)能小行星瞄準(zhǔn)與探測(cè)系統(tǒng)”的系統(tǒng)，它是能從1.5×104km之外可使小行星氣化的激光陣列，這些激光器同時(shí)發(fā)射，足以摧毀一顆小行星，或至少使小行星改變路線。

美國(guó)研制的“雙小行星重定向測(cè)試”飛行器示意圖

俄羅斯研究進(jìn)展

俄羅斯行星保護(hù)中心領(lǐng)導(dǎo)人扎伊采夫表示，如果有充分的資金保障，俄羅斯目前的技術(shù)條件完全能夠在5年內(nèi)建成行星保護(hù)系統(tǒng)來(lái)保護(hù)地球免遭小行星的襲擊。該中心打算建立一個(gè)名為“行星保護(hù)系統(tǒng)快速反應(yīng)梯隊(duì)”的地球保護(hù)盾牌，該反應(yīng)梯隊(duì)由多枚宇宙觀測(cè)航天器、偵察衛(wèi)星和太空攔截航天器構(gòu)成，當(dāng)觀測(cè)航天器觀測(cè)到危險(xiǎn)天體時(shí)，馬上把信號(hào)傳輸給偵察衛(wèi)星，并由偵察衛(wèi)星全天候?qū)ξｋU(xiǎn)天體進(jìn)行全程跟蹤監(jiān)測(cè)。太空攔截航天器負(fù)責(zé)摧毀小行星或改變小行星運(yùn)行軌道。

2013年2月18日，俄羅斯科學(xué)院天文學(xué)研究所高級(jí)研究員雷赫洛娃說(shuō)，俄羅斯打算建造新型天文望遠(yuǎn)鏡來(lái)預(yù)防包括隕石墜落在內(nèi)的太空威脅。目前，俄羅斯專家正在制訂為期10年的聯(lián)邦專項(xiàng)計(jì)劃來(lái)應(yīng)對(duì)包括隕石墜落在內(nèi)的太空威脅。根據(jù)該計(jì)劃，俄羅斯將對(duì)現(xiàn)有的反射鏡口徑在1m之內(nèi)的天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行清點(diǎn)和更新，然后建造2～3臺(tái)反射鏡口徑為2m的現(xiàn)代化大型望遠(yuǎn)鏡。對(duì)于2013年2月15日在車(chē)?yán)镅刨e斯克州上空發(fā)現(xiàn)一顆墜落的隕石，俄羅斯緊急情況部表示，由于隕石太小，俄羅斯未能預(yù)測(cè)到它的墜落。

歐洲研制的“小行星撞擊監(jiān)視器”示意圖

發(fā)射人造物體撞擊近地小行星，使其改變軌道示意圖

歐洲研究進(jìn)展

目前，歐洲擬在8年內(nèi)建造預(yù)防小行星撞擊地球的“近地軌道防護(hù)盾”，旨在通過(guò)導(dǎo)彈炸毀、引力牽引和主動(dòng)碰撞等多種手段，防范近地小行星撞擊地球。該計(jì)劃有望在2020年以前正式實(shí)施。已有的核彈炸毀、引力牽引和主動(dòng)碰撞等想法尚不成熟。

據(jù)2013年1月國(guó)外報(bào)道，美國(guó)和歐洲正計(jì)劃共同實(shí)施一個(gè)名為“小行星撞擊和偏離評(píng)估”的項(xiàng)目，其核心理念是發(fā)射2個(gè)小型太空飛行器去攔截65803號(hào)小行星Didymos。這顆近地小行星還擁有一顆小衛(wèi)星，它們預(yù)計(jì)將在2022年掠過(guò)地球附近。美國(guó)研制的“雙小行星重定向測(cè)試”飛行器將撞擊這顆小行星的衛(wèi)星，讓其偏離原有軌道；歐洲航天局研制的“小行星撞擊監(jiān)視器”將對(duì)整個(gè)撞擊經(jīng)過(guò)開(kāi)展監(jiān)視。

多種研究方案

至今，已有多種防止小行星撞擊地球的方案。例如，①用核武器炸毀可能撞擊地球的近地小行星；②發(fā)射導(dǎo)彈或航天器猛烈撞擊近地小行星，用機(jī)械力使其改變軌道；③用太空鏡群或激光所產(chǎn)生的能量把近地小行星推往新的軌道；④發(fā)射引力航天器靠近對(duì)地球有威脅的近地小行星，然后通過(guò)自身引力使該小行星脫離原來(lái)的軌道；⑤用質(zhì)量巨大的繩索套住近地小行星，采用改變其重心的方式來(lái)改變小行星的軌道；⑥讓航天器登陸小行星，并且使用電馬達(dá)逐漸改變小行星的軌跡；⑦給小行星上安裝“太陽(yáng)帆”或一臺(tái)大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，把它從地球的軌道上推開(kāi)；⑧給小行星涂油漆上色，如果將小行星的一部分漆成白色，那么這一部分將會(huì)“感受”到更強(qiáng)烈一些的太陽(yáng)活動(dòng)輻射，這種受力不均就會(huì)產(chǎn)生一股極其微弱的推力，將小行星逐漸輕柔地推離撞擊軌道；⑨機(jī)器人吞食，發(fā)射一批核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人前往小行星表面，一旦著陸之后它們就會(huì)開(kāi)始“吞食”小行星表面巖石，然后將吞下的巖石使用電磁炮技術(shù)高速?gòu)椛溥M(jìn)入空間。

不過(guò)，這些方案設(shè)想各有利弊，究竟哪種最好目前還沒(méi)有定論。就目前的技術(shù)水平而言，通過(guò)發(fā)射物體撞擊小行星以使其偏離軌道絕對(duì)是有可能做到的。研究表明，未來(lái)的太空激光技術(shù)可能用于探測(cè)威脅地球安全的小行星，并能夠使小行星偏移軌道。美籍華裔航天員盧杰等推出的“重力拖車(chē)”方案是以柔克剛，其中小行星拖曳飛船只需要盤(pán)旋在小行星表面，利用重力作用充當(dāng)飛行器無(wú)形的拖鏈，逐漸改變小行星的飛行速度，日積月累，來(lái)改變小行星的運(yùn)行軌道。

使用激光或者巨大的鏡子對(duì)小行星能量進(jìn)行聚焦，汽化掉行星部分體積以使其偏離軌道示意圖

5 載人探測(cè)

美國(guó)航空航天局原計(jì)劃在2025年實(shí)施載人登陸小行星計(jì)劃，對(duì)小行星進(jìn)行實(shí)地考察，以便未來(lái)把小行星作為載人登陸火星中轉(zhuǎn)站，為2035年載人登陸火星做技術(shù)準(zhǔn)備。不過(guò)，載人登陸小行星的計(jì)劃可能提前。

“捕獲小行星”示意圖

捕獲小行星

2013年4月，美國(guó)航空航天局向白宮提交了一份“捕捉小行星”計(jì)劃，計(jì)劃捕捉一顆小行星，并把其帶入近月軌道。其目的是減少航天員登陸小行星的風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用，并有利于今后開(kāi)發(fā)小行星、防止小行星撞擊地球等。如果該計(jì)劃得到批準(zhǔn)，它將成為有史以來(lái)第一個(gè)被人類移動(dòng)的天體。

理想的捕捉目標(biāo)是一顆中等大小的小行星，直徑7～10m左右、質(zhì)量約500t，并且這顆小行星上需要有100t水、100t富碳化合物、90t金屬和200t硅酸鹽。捕獲如此大小的小行星對(duì)地球沒(méi)有威脅，即便最終小行星失控沖向地球，這種大小的小行星將在大氣層中燒毀，不會(huì)對(duì)地面構(gòu)成危害。

“捕捉小行星”計(jì)劃將耗時(shí)10年完成，具體過(guò)程是：用宇宙神－5火箭發(fā)射一個(gè)慢速飛行的特制“小行星捕獲艙”，它使用太陽(yáng)能電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)自行飛行前往預(yù)定的小行星，在該捕獲艙在接近目標(biāo)時(shí)會(huì)釋放出一個(gè)直徑約15.2m的袋子，用其套住小行星，隨后捕獲艙開(kāi)啟推進(jìn)器，利用大約300kg推力推離原有軌道向著月球飛行。如果一切順利，它將花費(fèi)6～10年時(shí)間將這顆小行星推入月球軌道。“捕獲小行星”行動(dòng)將在2018年進(jìn)行，而美國(guó)航天員將于2021年4月造訪這顆被拖拽到月球軌道的小行星，將攜帶小行星碎片返回地球。

這項(xiàng)計(jì)劃的可行性由3個(gè)關(guān)鍵要素決定：首先要能找到一顆滿足質(zhì)量、大小等條件的近地小行星；其次還要準(zhǔn)備一套足夠強(qiáng)大的太陽(yáng)能電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)，能夠?qū)⑿⌒行菐щx原有軌道；最后要能在2021年安排航天員登上一顆小行星。

捕捉一顆小行星置于月球軌道可以一舉多得：為更多的研究提供便利；方便開(kāi)采小行星上的礦藏；掌握防止小行星撞擊地球的技術(shù)；作為載人登火星的中轉(zhuǎn)站。

不過(guò)，捕獲小行星并將其拖拽到月球附近將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。比如，在浩瀚的深空中辨認(rèn)出一顆直徑7m的目標(biāo)小行星并非易事；目標(biāo)小行星會(huì)自轉(zhuǎn)，探測(cè)器把它捕獲后應(yīng)讓其停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后才談得上成功拖拽；裝上小行星后，“小行星捕獲艙”的質(zhì)量勢(shì)必增加，使推進(jìn)、導(dǎo)航等任務(wù)的難度增大。

美國(guó)載人登陸小行星示意圖

2013年7月10日，美國(guó)航空航天局局長(zhǎng)博爾登同日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)理事長(zhǎng)奧村直樹(shù)在華盛頓舉行會(huì)談，博爾登希望日本協(xié)助美國(guó)進(jìn)行捕獲完整小行星的計(jì)劃。日本表示同意，具體合作內(nèi)容有待后續(xù)溝通。日本于2010年發(fā)射隼鳥(niǎo)－1探測(cè)器并將小行星微粒子帶回地球，美國(guó)對(duì)此技術(shù)表示高度贊揚(yáng)。

為2014財(cái)年做準(zhǔn)備，美國(guó)航空航天局于2013年7月30日召開(kāi)了小行星任務(wù)制定評(píng)審會(huì)，審議了小行星捕獲任務(wù)各個(gè)階段的多個(gè)概念提議。該評(píng)審會(huì)還評(píng)估了任務(wù)的技術(shù)和綱領(lǐng)層面的事宜。除此之外，官員們還討論了近期收到的來(lái)自工業(yè)界、大學(xué)和公眾等機(jī)構(gòu)和人員提出的關(guān)于小行星計(jì)劃的400多個(gè)反饋意見(jiàn)。任務(wù)制定評(píng)審會(huì)結(jié)束后，將把得分最高的概念融入到小行星計(jì)劃基礎(chǔ)概念里，這個(gè)概念將會(huì)在2014財(cái)年進(jìn)一步完善優(yōu)化。

不過(guò)，美國(guó)共和黨控制的眾議院科學(xué)委員會(huì)在2013年7月份就阻止了“捕獲小行星”的議案進(jìn)行投票，結(jié)果22名共和黨議員贊成，17名民主黨議員反對(duì)，因此該計(jì)劃暫緩。該科學(xué)委員會(huì)為美國(guó)航空航天局設(shè)計(jì)了今后3年的路線圖，將“捕獲小行星”計(jì)劃擱置一邊，并要求將航天員重新送上月球，然后目標(biāo)瞄準(zhǔn)火星。共和黨眾議員帕拉佐稱“捕獲小行星”計(jì)劃代價(jià)高、復(fù)雜、分散精力。也有議員抱怨說(shuō)，該計(jì)劃似乎靠不住，表述不清，不會(huì)像重返月球那樣提升美國(guó)吹牛的權(quán)利。該議案尚待眾議院全體投票表決。目前，美國(guó)航空航天局及其火箭科學(xué)家們正考慮該怎么辦。有研究報(bào)告估計(jì)，捕獲小行星并使之改變運(yùn)行軌道將耗資26億美元。而噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室最新的分析認(rèn)為，這一計(jì)劃只需要花費(fèi)10多億美元。

洛馬公司的“移民石”計(jì)劃

美國(guó)洛馬公司已提出了一個(gè)名叫“移民石”（Plymouthrock）的載人登小行星計(jì)劃，很值得借鑒。它用載2名航天員的雙“獵戶座”（CEV）載人飛船登陸近地小行星，然后出艙對(duì)土壤和巖石進(jìn)行取樣，最終回到地球后進(jìn)行深入分析，往返耗時(shí)6個(gè)月。

洛馬公司通過(guò)研究認(rèn)為，采用對(duì)接在一起的2艘改進(jìn)型飛船可以完成載人登小行星。這2艘飛船同時(shí)發(fā)射，其中1艘是載人的主飛船，另1艘攜帶絕大部分的消費(fèi)品，包括推進(jìn)劑和生命保障供應(yīng)的無(wú)人副飛船，它們?cè)诮剀壍肋M(jìn)行頭對(duì)頭對(duì)接。1艘“獵戶座”飛船不具備足夠的生存空間、生命保障供給和滿足任務(wù)要求的推力。2艘“獵戶座”飛船可以容納2名航天員，并有足夠的推力到達(dá)最近的小行星。

在到達(dá)小行星上空時(shí)，1名航天員將穿艙外航天服出艙，并通過(guò)載人機(jī)動(dòng)裝置漂浮到小行星上采集樣本，用科學(xué)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，另1名航天員留在艙內(nèi)進(jìn)行指揮。航天員至少可以在小行星附近地帶停留5天時(shí)間。任務(wù)完成后，出艙航天員回到載人的主飛船，然后主副飛船分離，載人的主飛船發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火返回地球，無(wú)人的副飛船繼續(xù)進(jìn)行小行星的科學(xué)觀測(cè)，例如精確軌道跟蹤、引力和輻射環(huán)境測(cè)量，以補(bǔ)充乘員訪問(wèn)期間沒(méi)有充足的時(shí)間完成延長(zhǎng)的任務(wù)。采用2艘飛船對(duì)接的方案可以節(jié)省下大量的時(shí)間和成本。

洛馬公司的“移民石”計(jì)劃很可能是為載人登小行星的探路者，具有拋磚引玉的重要作用。

把航天員送上某顆小行星將面臨重重挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，但尋找目標(biāo)是關(guān)鍵，必須全面了解小行星，它可以大大降低任務(wù)和人員面臨的風(fēng)險(xiǎn)。往返小行星需要很長(zhǎng)時(shí)間，這是一大挑戰(zhàn)，所以還需要解決心理、輻射和沒(méi)有實(shí)時(shí)通信等問(wèn)題。

司馬/文