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陈蓝:小行星防御计划,中美的差距在哪、是否有望合作?
最后更新: 2023-04-06 09:35:44那么,中国的天基小行星监测预警体系会是什么样的呢?
我们从多篇论文中可窥知一二。中国空间技术研究院提出了缩写为CROWN的异构宽视场近地天体勘测星座,拟在一根类金星轨道上部署数颗小卫星,其中包括一颗搭载窄视场红外望远镜的机动主星以及多颗搭载宽视场光学望远镜的微小卫星,计划在3到5年内完成90%以上十米量级的近地天体普查,同时进行精确定轨和跟踪详查。
紫金山天文台和国家空间科学中心则提出了一个名为“地球领航轨道”的天基监测预警任务概念方案。这个任务是在地球运行前方约千万公里的地球领航轨道上部署两台望远镜,当小行星从太阳一侧方向接近地球时,及时发出告警。
由国家航天局和中科院属下多家重量级机构联合发表的最新论文提出了在地月系统拉格朗日第四和第五点部署红外望远镜观测网络的方案。这个方案继承了月球探测工程的技术基础,同时可与类金星轨道、地球领航轨道等深空轨道构成互补, 共同形成近地小行星天基监测体系。鉴于这篇论文得到国防科工局空间碎片和小行星专项课题等多个国家级课题资助,未来成为现实的可能性很大。
图4:地基天基多个监测预警系统联合工作(图源:中国工程科学)
至于网上热度更高的中国近地小行星防御系统,其实是监测预警系统后的自然的下一步。这个计划的首次官方披露是在去年四月的中国航天日。国家航天局副局长吴艳华表示,要争取在“十四五”末期或者2025年、2026年实施一次对某一颗有威胁的小行星进行抵近观测,实施就近撞击,并就改变其轨道进行技术实验。
此后,龙乐豪院士和航天科技五院相关人士透露了更多详情。按设想,2.5吨的动能撞击探测器将由长征三号乙火箭于2025年7月发射。它类似美国的双小行星重定向任务,由撞击器和观测器两部分组成,计划于2026年2月抵达30米级的目标近地小行星2019VL5或2020PN1。任务将采用“伴飞+撞击+伴飞”方式来验证小行星动能撞击在轨处置和评估技术。
图5:中国近地小行星防御任务示意图(图源:CASC)
我国嫦娥二号月球探测器曾于2012年近距飞掠图塔蒂斯小行星。中国已进行多次成功的月球和火星探测。“天问二号”小行星探测任务也已经正式立项。它于2025年发射,一年后抵达近地小行星2016HO3,一次实现小行星绕飞探测、附着着陆和取样返回。之后探测器还将继续飞行七年,访问主带彗星311P。相比之下,计划中的小行星防御实验任务难度更低。以中国的航天的实力,完成这个任务应该没有任何问题。
不过,我们不能高估动能撞击技术的能力。和小行星的巨大质量相比,航天器的质量和动能微乎其微。对于那些对地球有重大威胁的大直径近地小行星,一次撞击远不能使其轨道偏离地球,或者让它解体而消除威胁。因此,这样的小行星防御任务只能看作是旨在丰富人类知识、进行小行星防御探索的科学实验。至于真正的小行星防御,中科院空间中心李明涛研究员的“以石击石”方案也许可行性更高。他提出捕获一个几米尺寸的小行星或石块去撞击对人类有威胁的小行星。这样能大大增加撞击动能,提高拦截成功率。
中国小行星防御长期落后,与先进国家的差距巨大,现在才算正式起步,但我们的起点非常高。上亿公里探测范围的行星雷达、天基监测预警系统和小行星防御探测器都是只有航天大国才有实力来完成。一旦实现,我们马上就能从“远远落后”变成“世界领先”。我们已经一次次目睹了这样的跨越式赶超。相信这次我们也不会错过。
美国:行星防御的先行者和主导者
美国小行星研究历史悠久,也是最早开始对近地小行星进行监测和预警的国家。这里不得不提一下创建于1947年的小行星中心(MPC)。MPC得到了国际天文联合会(IAU)的支持,目前由哈佛大学天文台和史密松森天体物理台合作运作。全球天文学家的小行星观察数据都会提交到MPC,再由MPC进行新发现小行星的确认和临时/正式编号的颁布。数十年来的数据积累使它成为目前全球最权威的小行星数据中心。仅仅因为MPC的存在,美国在近地小行星的发现、监测和预警方面就具备了巨大的优势。
1998年,根据当时光学观察预测,一颗公里级小行星1997 XF11将于2028年撞击地球(但后来被雷达观察否定)。鉴于这样的严重威胁,NASA决定在喷气推进实验室(JPL)成立近地天体计划办公室,承诺在10年内发现90%的公里级近地小行星。这个计划到2010年顺利完成。2005年,NASA又定下新的目标:2020年前发现90%直径大于140米的近地小行星,但到目前只完成了40%。直径140米以上小行星估计有2.5万颗。
由于美国拥有的历史积累和技术优势,在已发现的3万多颗近地小行星中,美国的发现占了95%以上。2008年至今,有7次撞击事件事先做出了预警。这些发现主要依赖大视场的地面光学巡天望远镜。历史上主要的近地小行星搜索项目包括卡特琳娜巡天系统(CSS)、夏威夷大学的Pans-STARRS1和ATLAS、麻省理工林肯实验室的LINEAR(已结束)、美国空军主持的NEAT(已结束)等。由美国多家政府和私人机构合作建造、位于智利的8.4米口径大型综合巡天望远镜(LSST)即将完成,届时将大大加快近地小行星的搜索进度。预计到2030年将140米以上近地小行星的发现比例提高到80%。
图6:LSST望远镜(图源:LSST)
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 刘啸云 
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