2021年11月23日晚，美国航天局“双小行星重定向测试（DART）”

航天器搭乘“猎鹰9”火箭从加州范登堡太空军基地发射升空

　　在学术界，关于行星防御技术的研究，长期以来更像是航天科学家们的智力游戏。

文/彭天放

编辑/乐艳娜

　　美国东部时间9月26日19时14分（北京时间27日7时14分），美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的任务指控中心。在众多科学家的注视下，大屏幕中央一颗不起眼的小白点逐渐变大、变清晰，直到坑坑洼洼的石块占满了整个屏幕。

　　2秒后，整个屏幕突然一黑，大厅里爆发出了欢呼——这些科学家知道，他们掷出的人类历史上飞行距离最远的“飞镖”，刚刚精确命中了一颗距离地球1100万公里的小行星。

1100万公里外一击命中

　　掷出太空“飞镖”，其实是美国航天局开展的一项“双小行星重定向测试（DART）”任务。所谓重定向测试，是指通过深空卫星的高速撞击，尝试改变小行星的轨道。

　　具体来说，DART任务的主角，是一枚总重约600公斤、主体尺寸约为1.2×1.3×1.3米的航天器，它于2021年11月24日从美国加利福尼亚州范登堡太空军基地发射升空，经过10个月的太空飞行到达距离地球1100万公里处的目标区域附近。

　　航天器的目标是被称为“双形态”的小行星，是一个近地双小行星系统中体积较小的一颗，直径约160米，它环绕该系统中另一颗名为“双胞胎”的小行星飞行，后者直径约780米。这两颗小行星对地球都没有威胁。

　　航天器最终以约6.6公里/秒的速度与目标小行星相撞。这相当于从北京扔出一只飞镖，打中一枚在上海的1元硬币。美国航天局表示，DART航天器撞击小行星任务旨在检验一种可行的缓解策略，以保护地球免受小行星或彗星潜在撞击威胁。任务已表明，可以成功通过航天器自主导航与小行星“故意”发生碰撞，使小行星偏离原来轨道。

　　当然，成功命中并不是任务的结束。科学家们希望在后续几个月里，可以观察到这枚小行星的轨道发生了可以测量的变化，以此证明人为改变太阳系里小行星的轨道是可行的，从而为人类储备一些防御技术，美国航天局称其为行星防御技术。而这次任务的主要发起方，是美国航天局里一个有些科幻色彩的部门：行星防御协调办公室。

不全是科幻

　　从这次任务所耗费的并不高昂的经费（据估计约为3亿美元）来看，行星防御协调办公室很可能只是进行早期探索的部门。毕竟，比起美国航天局一拖再拖、还没发射就已经耗费上百亿美元的重返月球任务“阿尔忒弥斯”计划来说，行星防御任务堪称“物美价廉”。

　　在学术界，关于行星防御技术的研究，长期以来更像是航天科学家们的智力游戏。大部分论文都是围绕新方案的设想和仿真计算。比较有代表性的方案包括：核爆炸、动能撞击、激光烧蚀、离子束牵引、引力拖曳、质量驱动等。这些方案往往过于危险或者科幻，比如太空核爆炸万一失误，会引发无可挽回的后果，而激光、离子束之类的技术还远未成熟。在这些方案之中，动能撞击在操作安全性、技术可行性上都比较高，实验起来也比较省钱，理所当然地率先进入到实验测试阶段。

　　美国航天局在行星防御上表现得较为“抠门”，另一原因是小行星撞击地球的概率不大。天文学家估计，能造成城镇级别破坏的小行星（一般认为在直径100米以上），上万年才可能发生一次。在人类历史上，真正造成过一些破坏的小行星撞击事件屈指可数，比较经常被提及的，是1908年的通古斯大爆炸和2013年发生在俄罗斯的小行星撞击事件。

　　通古斯大爆炸发生在俄罗斯西伯利亚通古斯河附近，爆炸摧毁了该地区面积达2000平方公里的针叶林，推倒了约8000万棵树，科学界普遍认为，它是由一颗直径65米左右的石质小行星撞击引发的。2013年2月15日，在俄罗斯车里雅宾斯克，一颗直径15米、重约7000吨的小行星，在天空划过一道长达10公里的轨迹后，扎进了切巴尔库尔湖。事后统计数据表明，有近1500人在这次小行星撞击事件中受伤，受损的建筑物亦不在少数。

　　除此之外，鲜有小行星撞击地球的事件出现。美国航天局称，在未来100年内，没有任何已知直径大于140米的小行星有撞击地球的实质性风险，尽管这类小行星中只有约40%已被探测发现。因此在许多人看来，比起人类社会如今更多近在咫尺的挑战，行星防御的象征意义可能远大于其现实意义。

牵引尖端工程技术

　　尽管行星防御目前看来像是航天科学家们的游戏，但这项技术并非没有现实价值。从过去半个世纪的技术发展历史看，很多如今炙手可热的科技产品，其实都诞生于一些充满科幻色彩的项目，比如阿波罗登月计划培养了数码相机成像芯片的核心技术，美国国防部高级研究项目局（DARPA）的军用通信网络技术演变发展为现在的互联网技术，等等。

　　行星防御技术也是如此。其实，它的现实价值已经有所浮现，比如军事领域的反卫星技术，特别是对距离地球2万公里之外的中高轨道卫星的反制技术。在这个高度，目前世界各国的反卫星手段还都相对缺乏。而这个高度正是大量高价值的导航、侦察卫星所在的区域，具有重要的战略意义。当行星防御技术可以精确撞击1100万公里之外的小行星的时候，3.6万公里之外的地球同步卫星同样也可能成为攻击目标。

　　除此之外，还有一些其他的前沿技术在这枚太空“飞镖”上被使用，它们将有可能引领未来相关领域的发展。例如，DART航天器上使用了铺开式太阳能电池阵列（ROSA），这是一种像画卷一样被展开的大功率太阳能电池板，一共有2个，每一个长8.5米。它可以提供相对高功率的电能供应，用来驱动航天器以电推进的方式前往1100万公里之外的小行星。而如果以传统的化学燃料推进，让一颗卫星前往1100万公里之外的深空，难度和成本都要高得多。

　　再比如，航天器还携带了侦察和光学导航相机（DRACO）。它的功能是，在飞行的最后阶段让“飞镖”可以自主瞄准飞向小行星，而非依赖地球上科学家的远程遥控。这很重要，因为地球的遥控信号传到1100万公里之外，要经历大约34秒的延迟。而撞击之前，“飞镖”需要以每秒6.6公里的速度瞄准一个只有163米大小的目标。这种情况下，依赖地球遥控基本上是不可能的，只能依靠“飞镖”上的电脑自主控制自己的飞行姿态，确保命中。这也可以理解为某种太空中的“自动驾驶”技术。这些技术都要基于这种侦察和光学导航相机（DRACO）。

撞击之后

　　这次撞击任务在航天界备受关注。哈勃、韦伯等天基望远镜也掉转镜头，纷纷观察了这一事件。后续的工作，最重要的是判断此次任务是否成功，即小行星的轨道是否发生了可观测的变化。在接下来的几个月里，超过24架地球望远镜将对这个双小行星系统进行观测，以确定这次撞击对“双形态”轨道的改变程度。

　　根据美国航天局的说法，航天器并不是单独前往“双形态”小行星的。跟它一起前往执行任务的还有一枚叫做LICIACube的微型卫星。这枚卫星由意大利航天局提供，仅重14公斤。它配备了两个摄像头，计划在大约1000公里的安全距离内观察9月26日的碰撞。只不过，这个配套观察任务是否成功，美国航天局还没有给出相应的报告。

　　除了LICIACube这个同伴外，2024年欧洲航天局（ESA）还计划发射“赫拉”航天器，逼近“双形态”小行星，以更详细地记录撞击的后果。该航天器计划于在2026年12月到达“双形态”小行星。LICIACube和赫拉都是一项名为行星撞击和偏转评估的国际合作项目的一部分，其参与方包括ESA、德国航空航天中心、法国国家科学研究中心蔚蓝海岸天文台、美国航天局和约翰·霍普金斯大学应用物理实验室。可以看出，行星防御技术作为一项前沿航天领域，正在被更多的航天大国关注。

　　（作者系清华大学精密仪器系博士）

来源：2022年11月2日出版的《环球》杂志 第22期

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