航天器撞击小行星，移星换斗不再是幻想

首发自：《中国航天报》

据报道，北京时间9月27日早上7:14美国“双小行星改道测试”（DART）航天器在离地球1140万公里处成功撞击了Didymos双小行星系统中的卫星Dimorphos。由于这是人类首次试图改变太空天体运动轨迹，有望为防御近地小行星、保护地球提供帮助，因此其意义不言而喻。

近地小行星防御问题并非杞人忧天。一般而言，轨道在离太阳1.3 AU（1AU等于地球和太阳之间的平均距离，约1.5亿公里）范围内，离地球轨道距离小于0.3AU的小行星统一被称为近地小行星，这种小行星的轨道距离地球比较近，与地球存在碰撞的可能。

小行星的碰撞可能带来十分严重的后果。人们最熟悉的一次小行星撞击事件一般是6600万年前促使恐龙灭绝的希克苏鲁伯陨石，它直径约为10公里，重约1亿亿吨，这促使了所有非鸟类恐龙以及全球75%动植物种灭绝。近年来小行星碰撞也并非个案，1908年6月30日俄罗斯西伯利亚通古斯地区发生大爆炸，毁灭了大约2000平方公里的西伯利亚森林。科学家们普遍认为通古斯大爆炸是一次小行星碰撞地球事件。2013年2月15日俄罗斯车里雅宾斯克上午9时15分发生了一次陨石雨事件，陨石进入大气层留下大约10公里长的轨迹。据报道，该次事件中有1500人受伤，1000多房屋受损，经济损失约10亿卢布。2014年11月5日，内蒙古锡林郭勒盟也发生了小规模的小行星撞击地球事件。

以前，防御小规模碰撞事件主要采取地面人防工程和躲避等被动方式，但随着科技的进步，如何主动防御小行星碰撞地球也成为了各国关注的重点。

目前主动防御小行星主要有3种设想，分别是利用长期作用力来改变小行星轨道、利用动能撞击改变小行星轨道、以及核爆炸。

用长期作用力来缓慢改变小行星轨道有很多手段，包括太空拖船、引力拖车、用挖掘机使小行星抛出质量、用强激光照射改变小行星表面蒸发量、用表面喷漆等手段改变光压力等。

核爆炸则是目前人类能产生最大能量的主要手段。根据能量分析，对预警时间很短或质量很大的小行星威胁，目前只有核爆炸手段可以进行防御。有研究认为，对直径大于600米的小行星，除了核爆炸外的其他单一手段均不能在30年内有效改变小行星的轨道来解除威胁。

而用航天器动能撞击的方法改变小行星轨道是目前技术可以达到的，相关技术已经被多次试验，如美国的“深度撞击”计划就在2005年7月4日撞击了 “坦普尔1号”彗星。此次撞击成功的DART项目由美国宇航局和约翰·霍普金斯大学应用物理实验室共同主导，整个计划耗资约3.25亿美元。DART计划选择的目标，是Didymos（古希腊语中的“双胞胎”）双小行星系统，该小行星系统运行在一条环绕太阳的椭圆轨道上，最近距离太阳约1.013Au，最远距离太阳约2.275Au，环绕太阳运行一圈需要约770天。1996年4月11日Didymos被美国Spacewatch巡天计划发现，临时编号为1996 GT，国际永久编号为65803。进一步观测表明，Didymos系统的主小行星直径约780米，小月亮Dimorphos直径约160米，每11.9小时环绕主小行星运行一圈，两者距离约1.2公里。DART任务正是通过撞击改变小月亮Dimorphos相对Didymos小行星的轨道，使其绕转周期缩短约10分钟。

此次DART任务的撞击窗口之所以选在了今年9月27日，是因为这时Didymos系统接近地球，距离最近约1066万公里，正好处于地面望远镜可观测弧段内，可对其撞击过程实施监测。而通过地面光学测量，可以测量到小月亮Dimorphos的绕转周期变化，进而估算撞击产生的速度增量，评估动能撞击防御小行星的效率。据报道，如果Dimorphos是一颗坚固的实心小行星，那么航天器只能在其表面砸出一个小坑，Dimorphos与Didymos间的距离会有所缩短；但如果Dimorphos是由大量碎岩组成的，撞击会把大量岩石送入太空，如同“发动机”一般的推力将让两颗小行星的距离显著缩短。

另外，DART还携带了由意大利建造的一颗重14千克、名为“丽西亚”的立方星，在9月12日早上7:14从主航天器剥离，于27日早上7:17飞经Dimorphos，该探测器旨在配合撞击任务，收集撞击后的探测数据，并在未来几天内逐渐将所获数据传输回地球。除了意大利外，欧洲航天局还计划于2024年发射“Hera”探测器，2027年抵达Didymos所在区域，以开展更加深入的科学探测，包括撞击给Dimorphos所带来的动量和撞击陨坑的形态，以全面评估此次撞击的“效率”，从而提高人类对于如何最有效地改变小行星轨迹的实践经验。

在小行星防御领域，中国并没有落后。在小行星探测方面，2012年12月15日中国“嫦娥二号”探测器近距离飞越小行星“图塔蒂斯”，实现首次小行星飞越观测，并获取最高分辨率3米的光学彩色图像，正式迈进了原本只有美欧日成员的小行星探测“俱乐部”。2019年4月中国国家航天局发布了《小行星探测任务有效载荷和搭载项目机遇公告》，确定了今后中国小天体探测器方案的探测目标，是一颗地球共轨天体2016HO3以及小行星带中的主带彗星311P，并希望通过一次发射实现两类探测目标和近距、附着、采样等三种探测模式。在2021年4月24日国家航天局局长张克俭透露，中国航天未来将论证建设近地小行星防御系统。同年11月23日，第一届全国行星防御大会在广西桂林开幕。

在具体技术上，在2021年5月中国的科研团队提出了“以石击石”加强型动能撞击行星防御任务概念，通过发射无人飞行器捕获小尺寸小行星或者在碎石堆小行星上采集超过100吨的岩石，与飞行器构成组合撞击体，操控组合体撞击对地球有潜在威胁的小行星，将潜在威胁小行星偏转出撞击地球的轨道。据分析，这种方法对小行星的轨道偏转效果可提升一个数量级，为防御大尺寸潜在威胁小行星提供核爆之外的一种新选项。此外，“以石击石”行星防御方案还能融合小行星探测和小行星防御，在小行星科学方面也具有较高的研究价值。