行星防御計劃能保衛(wèi)地球嗎？

2022年9月，美國約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的任務(wù)控制中心。在眾多科學(xué)家的注視下，大屏幕中央一顆不起眼的小白點逐漸變大、變清晰，直到坑坑洼洼的石塊占滿了整個屏幕。兩秒后，整個屏幕突然一黑，大廳里爆發(fā)出了歡呼——這些科學(xué)家知道，他們擲出的人類歷史上飛行距離最遠的“飛鏢”，剛剛精確命中了一顆距離地球1100萬公里的小行星。

1100萬公里外一擊命中

? 擲出太空“飛鏢”，其實是美國航天局開展的一項“雙小行星重定向測試（DART）”任務(wù)。所謂重定向測試，是指通過深空衛(wèi)星的高速撞擊，嘗試改變小行星的軌道。

? 具體來說，DART任務(wù)的主角，是一枚總重約600公斤、主體尺寸約為1.2×1.3×1.3米的航天器，它于2021年11月24日從美國加利福尼亞州范登堡基地發(fā)射升空，經(jīng)過10個月的太空飛行到達距離地球1100萬公里處的目標(biāo)區(qū)域附近。

? 航天器的目標(biāo)是被稱為“雙形態(tài)”的小行星，是一個近地雙小行星系統(tǒng)中體積較小的一顆，直徑約160米，它環(huán)繞該系統(tǒng)中另一顆名為“雙胞胎”的小行星飛行，后者直徑約780米。這兩顆小行星對地球都沒有威脅。

? 航天器最終以約6.6公里/秒的速度與目標(biāo)小行星相撞。這相當(dāng)于從北京扔出一只飛鏢，打中一枚在上海的1元硬幣。美國航天局表示，DART航天器撞擊小行星任務(wù)旨在檢驗一種可行的緩解策略，以保護地球免受小行星或彗星潛在撞擊威脅。任務(wù)已表明，可以成功通過航天器自主導(dǎo)航與小行星“故意”發(fā)生碰撞，使小行星偏離原來軌道。

? 當(dāng)然，成功命中并不是任務(wù)的結(jié)束。科學(xué)家們希望在后續(xù)幾個月里，可以觀察到這枚小行星的軌道發(fā)生了可以測量的變化，以此證明人為改變太陽系里小行星的軌道是可行的，從而為人類儲備一些防御技術(shù)，美國航天局稱其為行星防御技術(shù)。而這次任務(wù)的主要發(fā)起方，是美國航天局里一個有些科幻色彩的部門——行星防御協(xié)調(diào)辦公室。

不全是科幻

? 從這次任務(wù)所耗費的并不高昂的經(jīng)費（據(jù)估計約為3億美元）來看，行星防御協(xié)調(diào)辦公室很可能只是進行早期探索的部門。畢竟，比起美國航天局一拖再拖，還沒發(fā)射就已經(jīng)耗費上百億美元的重返月球任務(wù)“阿爾忒彌斯”計劃來說，行星防御任務(wù)堪稱“物美價廉”。

? 在學(xué)術(shù)界，關(guān)于行星防御技術(shù)的研究，長期以來更像是航天科學(xué)家們的智力游戲。大部分論文都是圍繞新方案的設(shè)想和仿真計算。比較有代表性的方案包括：核爆炸、動能撞擊、激光燒蝕、離子束牽引、引力拖曳、質(zhì)量驅(qū)動等。這些方案往往過于危險或者科幻，比如，太空核爆炸萬一失誤，會引發(fā)無可挽回的后果，而激光、離子束之類的技術(shù)還遠未成熟。在這些方案之中，動能撞擊在操作安全性、技術(shù)可行性上都比較高，實驗起來也比較省錢，理所當(dāng)然地率先進入到實驗測試階段。

? 美國航天局在行星防御上表現(xiàn)得較為“摳門”，另一原因是小行星撞擊地球的概率不大。天文學(xué)家估計，能造成城鎮(zhèn)級別破壞的小行星（一般認為在直徑100米以上），上萬年才可能發(fā)生一次。在人類歷史上，真正造成過一些破壞的小行星撞擊事件屈指可數(shù)，比較經(jīng)常被提及的是1908年的通古斯大爆炸和2013年發(fā)生在俄羅斯的小行星撞擊事件。

? 通古斯大爆炸發(fā)生在俄羅斯西伯利亞通古斯河附近，爆炸摧毀了該地區(qū)面積達2000平方公里的針葉林，推倒了約8000萬棵樹，科學(xué)界普遍認為，它是由一顆直徑65米左右的石質(zhì)小行星撞擊引發(fā)的。2013年2月15日，在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克，一顆直徑15米、重約7000噸的小行星，在天空劃過一道長達10公里的軌跡后，扎進了切巴爾庫爾湖。事后統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，有近1500人在這次小行星撞擊事件中受傷，受損的建筑物亦不在少數(shù)。

? 除此之外，鮮有小行星撞擊地球的事件出現(xiàn)。美國航天局稱，在未來100年內(nèi)，沒有任何已知直徑大于140米的小行星有撞擊地球的實質(zhì)性風(fēng)險，盡管這類小行星中只有約40%已被探測發(fā)現(xiàn)。因此，在許多人看來，比起人類社會如今更多近在咫尺的挑戰(zhàn)，行星防御的象征意義可能遠大于其現(xiàn)實意義。

牽引尖端工程技術(shù)

? 盡管行星防御目前看來像是航天科學(xué)家們的游戲，但這項技術(shù)并非沒有現(xiàn)實價值。從過去半個世紀(jì)的技術(shù)發(fā)展歷史看，很多如今炙手可熱的科技產(chǎn)品，其實都誕生于一些充滿科幻色彩的項目，比如，阿波羅登月計劃培養(yǎng)了數(shù)碼相機成像芯片的核心技術(shù)，美國國防部高級研究項目局（DARPA）的軍用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演變發(fā)展為現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。

? 行星防御技術(shù)也是如此。其實，它的現(xiàn)實價值已經(jīng)有所浮現(xiàn)，比如軍事領(lǐng)域的反衛(wèi)星技術(shù)，特別是對距離地球兩萬公里之外的中高軌道衛(wèi)星的反制技術(shù)。在這個高度，目前世界各國的反衛(wèi)星手段還都相對缺乏。而這個高度正是大量高價值的導(dǎo)航、偵察衛(wèi)星所在的區(qū)域，具有重要的戰(zhàn)略意義。當(dāng)行星防御技術(shù)可以精確撞擊1100萬公里之外的小行星的時候，3.6萬公里之外的地球同步衛(wèi)星同樣也可能成為攻擊目標(biāo)。

? 除此之外，還有一些其他的前沿技術(shù)在這枚太空“飛鏢”上被使用，它們將有可能引領(lǐng)未來相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。例如，DART航天器上使用了鋪開式太陽能電池陣列（ROSA），這是一種像畫卷一樣被展開的大功率太陽能電池板，一共有兩個，每一個長8.5米。它可以提供相對高功率的電能供應(yīng)，用來驅(qū)動航天器以電推進的方式前往1100萬公里之外的小行星。而如果以傳統(tǒng)的化學(xué)燃料推進，讓一顆衛(wèi)星前往1100萬公里之外的深空，難度和成本都要高得多。

? 再比如，航天器還攜帶了偵察和光學(xué)導(dǎo)航相機（DRACO）。它的功能是，在飛行的最后階段讓“飛鏢”可以自主瞄準(zhǔn)飛向小行星，而非依賴地球上科學(xué)家的遠程遙控。這很重要，因為地球的遙控信號傳到1100萬公里之外，要經(jīng)歷大約34秒的延遲。而撞擊之前，“飛鏢”需要以每秒6.6公里的速度瞄準(zhǔn)一個只有163米大小的目標(biāo)。這種情況下，依賴地球遙控基本上是不可能的，只能依靠“飛鏢”上的電腦自主控制自己的飛行姿態(tài)，確保命中。這也可以理解為某種太空中的“自動駕駛”技術(shù)。這些技術(shù)都要基于這種偵察和光學(xué)導(dǎo)航相機。

撞擊之后

? 這次撞擊任務(wù)在航天界倍受關(guān)注。哈勃、韋伯等天基望遠鏡也掉轉(zhuǎn)鏡頭，紛紛觀察了這一事件。后續(xù)的工作，最重要的是判斷此次任務(wù)是否成功，即小行星的軌道是否發(fā)生了可觀測的變化。在接下來的幾個月里，超過24架地球望遠鏡將對這個雙小行星系統(tǒng)進行觀測，以確定這次撞擊對“雙形態(tài)”軌道的改變程度。

? 根據(jù)美國航天局的說法，航天器并不是單獨前往“雙形態(tài)”小行星的。跟它一起前往執(zhí)行任務(wù)的還有一枚叫做“LICIACube”的微型衛(wèi)星。這枚衛(wèi)星由意大利航天局提供，僅重14公斤，它配備了兩個攝像頭，近距離觀察了這次碰撞。

? 除了LICIACube這個同伴外，2024年，歐洲航天局（ESA）還計劃發(fā)射“赫拉”航天器，逼近“雙形態(tài)”小行星，以更詳細地記錄撞擊的后果。該航天器計劃于在2026年12月到達“雙形態(tài)”小行星。LICIACube和赫拉都是一項名為“行星撞擊和偏轉(zhuǎn)評估”的國際合作項目的一部分，其參與方包括ESA、德國航空航天中心、法國國家科學(xué)研究中心蔚藍海岸天文臺、美國航天局和約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室?？梢钥闯?，行星防御技術(shù)作為一項前沿航天領(lǐng)域，正在被更多的航天大國關(guān)注。

（摘自《環(huán)球》彭天放）