本報(bào)記者 劉琦
中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁日前透露，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)，驗(yàn)證小行星防御方案可行性。這意味著我國(guó)將成為繼美國(guó)之后，第二個(gè)開展小行星動(dòng)能撞擊實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證的國(guó)家。
為何要主動(dòng)撞擊小行星？此次驗(yàn)證任務(wù)的難點(diǎn)和意義何在？對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)光學(xué)天文技術(shù)研究室研究員唐正宏表示，此次任務(wù)主要是為了測(cè)試并驗(yàn)證通過動(dòng)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(zhǔn)備。畢竟，理論計(jì)算和地面模擬終究有局限，只有真撞一次，才能獲得最真實(shí)的數(shù)據(jù)。
唐正宏強(qiáng)調(diào)，中國(guó)小行星防御計(jì)劃是一項(xiàng)兼具重大科學(xué)意義與技術(shù)挑戰(zhàn)的深空探測(cè)任務(wù)。該計(jì)劃將在聯(lián)合國(guó)相關(guān)倡議的框架下推進(jìn)，取得的數(shù)據(jù)和研究成果將與全球科學(xué)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(dòng)撞擊是當(dāng)前最優(yōu)解
近地小行星撞擊被聯(lián)合國(guó)列為威脅人類生存的二十大災(zāi)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?yán)镅刨e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(xué)家計(jì)算，這顆小行星存在一定的撞擊地球的風(fēng)險(xiǎn)，后經(jīng)多次觀測(cè)，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(yán)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(dāng)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?yàn)?zāi)難和大規(guī)模物種滅絕——恐龍對(duì)此大概深有體會(huì)。
“主動(dòng)撞擊小行星以消除其對(duì)地球的潛在威脅，是當(dāng)前世界公認(rèn)的最優(yōu)解。”唐正宏介紹，目前有多個(gè)國(guó)際組織致力于近地天體研究，由各國(guó)航天局組成的空間任務(wù)規(guī)劃咨詢組負(fù)責(zé)制定小行星撞擊應(yīng)對(duì)任務(wù)的啟動(dòng)和執(zhí)行，明確應(yīng)對(duì)方案和時(shí)間期限。在當(dāng)前技術(shù)條件下，動(dòng)能撞擊被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)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(xiàng)小行星撞擊驗(yàn)證任務(wù)擬采用“伴飛+撞擊+伴飛”的任務(wù)模式，發(fā)射觀測(cè)器和撞擊器，其核心任務(wù)之一是在不久的將來，發(fā)射一個(gè)組合航天器，對(duì)一顆近地小行星進(jìn)行動(dòng)能撞擊，隨后對(duì)撞擊效果進(jìn)行近距離觀測(cè)和評(píng)估。
“簡(jiǎn)單來說，就是主動(dòng)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(biāo)小行星時(shí)，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(duì)速度撞擊一個(gè)直徑只有50米左右的小目標(biāo)，是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)”。
與此同時(shí)，地球與小行星相距千萬公里，如何精確命中預(yù)設(shè)位置也是巨大考驗(yàn)。唐正宏解釋，由于小行星是一個(gè)球體，不同撞擊點(diǎn)對(duì)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(wù)涉及超高精度自主導(dǎo)航與制導(dǎo)(準(zhǔn)確命中一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)、形狀不規(guī)則且引力微弱的小天體)、遠(yuǎn)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(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)執(zhí)行“雙小行星重定向測(cè)試(DART)任務(wù)”，通過動(dòng)能撞擊將目標(biāo)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(dòng)能撞擊改變小行星的運(yùn)行軌道，驗(yàn)證了動(dòng)能撞擊器技術(shù)的可行性。
但這項(xiàng)任務(wù)存在明顯局限：DART撞擊過程中的各種表現(xiàn)依賴地面望遠(yuǎn)鏡和與其伴飛的一顆小型立方星進(jìn)行觀測(cè)，由于載荷性能和觀測(cè)時(shí)間的限制，無法全面評(píng)估碰撞產(chǎn)生的濺射物影響。
“我國(guó)規(guī)劃實(shí)施的這次任務(wù)可以看作是一次補(bǔ)充和升級(jí)。”唐正宏表示，我國(guó)計(jì)劃利用主航天器自身攜帶的多個(gè)功能強(qiáng)大載荷進(jìn)行近距離、長(zhǎng)時(shí)間的精細(xì)觀測(cè)，有望獲得更詳盡的撞擊全過程數(shù)據(jù)。
此外，DART任務(wù)的目標(biāo)為雙小行星系統(tǒng)，通過測(cè)量其軌道周期變化來評(píng)估撞擊效果；而我國(guó)此次的撞擊目標(biāo)是一顆單獨(dú)的近地小行星，將直接測(cè)量其繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的變化。“相對(duì)來說，單顆小行星撞擊地球的概率更高，更具威脅性。”
當(dāng)然，也有人擔(dān)心，原本對(duì)地球沒有威脅的小行星，是否會(huì)在被撞擊之后反而朝向地球飛來？對(duì)此，唐正宏表示，此次計(jì)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(yàn)證。
遠(yuǎn)不止“撞一下”那么簡(jiǎn)單
小行星雖然危險(xiǎn)，但也蘊(yùn)含極大科學(xué)價(jià)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(jì)價(jià)值的資源。無論此次目標(biāo)小行星屬于何種類型，對(duì)其進(jìn)行近距離觀測(cè)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(dòng)地震學(xué)”實(shí)驗(yàn)：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(duì)未來評(píng)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(wù)將顯著提升中國(guó)在深空探測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)水平，為后續(xù)更復(fù)雜的小行星采樣返回，乃至小行星采礦任務(wù)積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。在太空微重力環(huán)境下進(jìn)行的超高速撞擊實(shí)驗(yàn)本身，也將為行星物理學(xué)研究提供極其珍貴的數(shù)據(jù)。
“這次任務(wù)的價(jià)值將是巨大且多方面的，遠(yuǎn)不止‘撞一下’那么簡(jiǎn)單。”唐正宏強(qiáng)調(diào)。正因?yàn)樾⌒行翘N(yùn)藏豐富的科研資源，我國(guó)于今年啟動(dòng)了首次小行星探測(cè)任務(wù)。今年5月，中國(guó)行星探測(cè)工程天問二號(hào)任務(wù)探測(cè)器成功發(fā)射。目前，天問二號(hào)探測(cè)器已在軌運(yùn)行超過三個(gè)月。