白玉京：美國搞小行星防禦計劃，中國跟不跟？

【文/觀察者網專欄作者 白玉京】

中國實施小行星防禦計劃，這麼科幻的事業，正在一步一步走向現實，但很多網友至今仍然以為它是個異想天開的話題。

9月5日，中國開會發布首次近地小行星防禦任務方案與國際合作設想。同一天，一顆小行星闖入地球，一方面提醒我們小行星防禦計劃的必要性，一方面驗證了中國小行星防禦計劃的現實可行性。

這顆直徑為1.2米的小行星，美國望遠鏡於9月4日率先發現，國際小行星中心賦予編號為2024 RW1。9月5日0時39分，這顆小行星以20千米/小時的速度闖入大氣層，在菲律賓上空25千米高度凌空爆炸。所幸小行星直徑很小且是空爆，對當地人沒有造成很大影響。如果小行星大一點，後果就難料了。

中國紫金山天文台的望遠鏡看到了事件過程，這也是中國監測網首次實現對預警小行星的接力追蹤觀測。

一顆小行星直奔菲律賓X（原twitter）

中國發布首次近地小行星防禦任務方案與國際合作設想，這個名字很長，實際上包括了兩個部分，一個是防禦任務方案，另一個是國際合作的設想。我們回過頭來看看這顆直奔菲律賓的小行星就會知道，中國多有先見之明，防禦手段和國際合作缺一不可。早在2018年2月，我國就作為正式成員加入國際小行星預警網（IAWN）。

光有國際合作沒有防禦手段，頂多算是打個醬油獲得一個參與獎，光有防禦手段沒有國際合作，也是孤掌難鳴，預警網需要國際科研機構的共同參與。中國作為負責任的航天大國，在小行星防禦這件大事上，必須當仁不讓，發揮中流砥柱的作用。

美國DART任務，撞擊器撞擊雙星中的小衞星

美國的動能撞擊試驗

美國和歐洲聯手首次驗證了通過動能撞擊，改變小行星軌道的可行性。通過此次實驗，NASA和科學界驗證了未來應對可能威脅地球的小行星時，動能撞擊是一種可行的偏轉方法，這種技術為行星防禦提供了寶貴的經驗和數據。這次驗證取得了超出預期的成果，但也並非完美，有一些拖泥帶水。

驗證實際上包括了兩個部分，美國國家航空航天局的DART任務（雙小行星改道測試）負責撞擊，歐洲航天局的HERA任務負責對雙小行星觀測，尤其是對撞擊效果的評估。

動能撞擊的核心思想是四兩撥千斤，速度換能量。迪迪莫斯（Didymos）是一顆直徑約780米的主小行星，迪莫弗斯（Dimorphos）是圍繞迪迪莫斯運行的小衞星，直徑約為160米，質量約480萬噸。撞擊目標是較小的迪莫弗斯，DART撞擊器質量只有區區610千克，但憑着其6.8千米/秒的超高速度，DART撞擊器產生的能量約為13.29億焦耳，相當於約3.18噸TNT當量。

用高情商的説法，撞擊取得了軌道週期縮短和軌道半徑變小的效果。用更為現實的説法，也是美國科研機構和美國媒體不願意講的事實的另一面，撞擊產生了2.7毫米/秒的軌道速度改變量，這一變化實在是過於微小，需要日積月累才能形成顯著的軌道偏移。撞擊時迪莫弗斯距地球距離只有1100萬千米，假如迪莫弗斯正朝地球撲面而來，那麼撞擊遠遠不足以使之偏離與地球相撞的軌道。

美國DART任務的大小比例圖，藍色字體的分別為撞擊器、被撞的迪莫弗斯，主星迪迪莫斯。

DART撞擊器被容納在獵鷹9號的整流罩中。

中國首次近地小行星防禦任務

中國向來有花小錢辦大事的優良傳統，中國的首次近地小行星防禦任務，相當於美國DRAT計劃和歐洲HERA任務的總和，在一次試驗中同時實現兩大工程目標：完成對50米級小行星的超高速撞擊、完成對動能撞擊效果在軌直接評估。總體目標為：撞得準、推得動、測得出、説得清。

中國提出了多種方案，各有優勢，如撞擊加掠飛、撞擊加掠飛加伴飛、伴飛加撞擊加伴飛。其中一個方案是用一枚長征五號火箭，一箭雙星發射探測器和撞擊器，探測器借力金星，提前到達目標小行星，開展伴飛觀測。撞擊器利用日地月自然引力和軌道機動調整方向，探測器抵達3個月後，撞擊器以超過9千米/秒的時速實施動能撞擊，撞擊時小行星距地距離小於700萬千米。

中國將在2030年前實施的首次小行星防禦任務，用撞擊器偏轉直徑50米的小行星，是一個穩妥慎重的選擇。小行星的體積與質量成立方比例增長，並非線性。直徑50米的小行星質量約為一二十萬噸，這跟直徑160米的小行星相比有巨大差異，顯然會產生更大的偏移速度，產生更明顯的偏移效果，有助於觀測和評估。

“以石擊石”方案充分展示了中國科學家的創造力

青勝於藍

小行星直徑50米也好，直徑160米也好，用火箭發射撞擊器產生的軌道速度改變量都是極為有限的，慢藥治不了急病。中國在美國撞擊試驗的基礎上看得更遠，走得更遠。想增加軌道速度改變量，無非有幾種方式，要麼是增加撞擊速度，要麼是增加撞擊物的質量。一次撞擊不行，就多撞幾次，小的撞了不行，換大的來撞。

據NASA消息，“貝努”是一顆直徑500米的小行星，預計於2135年9月飛掠地球。一支研究團隊稱撞擊地球的概率為0.037%。中美兩國都針對“貝努”，作出各自的動能撞擊方案。中國方案在效率上明顯優於美國方案。

NASA和勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室提出使用“德爾塔IV”重型火箭搭載8.8噸的HAMMER航天器，通過撞擊進行防禦。如果有25年的預警時間，需要發射7-11枚“德爾塔IV”重型火箭，如果有10年的預警時間，需要發射34-53枚“德爾塔IV”重型火箭。

中國科學家提出使用23枚長征五號撞擊“貝努”小行星，即可達到偏轉“貝努”的效果。

不僅如此，中國科學家還先後提出了“末級擊石”方案，和“以石擊石”方案。

“末級擊石”方案利用了長征五號通常被當太空垃圾拋棄的火箭末級，跟撞擊器形成組合體直接撞擊“貝努”，充分利用火箭末級的質量，增強撞擊動能，提升對小行星軌道的偏轉效果。單次長征五號執行該任務的效果，相當於使用三次傳統動能撞擊方案的總效果。

“以石擊石”方案則是利用航天器捕獲一塊太空石塊/小行星，構成組合撞擊體，撞擊目標小行星，軌道偏轉效果可提升一個數量級。

“以石擊石”方案，脱胎於“摘星計劃”。

動能撞擊是唯一的現實選擇

在面對小行星撞擊威脅時，人類的防禦手段令人遐想。最初，很多人想到的可能是核武器，似乎像電影中那樣用一顆核彈能瞬間解決問題。然而，現實並不像銀幕上那般簡單。核爆炸可能會將小行星炸成大量碎片，這些碎片仍有可能朝地球飛來，甚至造成更大風險。而且，國際條約嚴格限制核武器在太空中的使用，這條路基本被堵死了。

激光防禦聽起來科技感十足，理論上，通過激光加熱小行星表面，讓物質蒸發產生反作用力來逐漸改變軌道。這聽起來不錯，但實際上需要巨大的能量供給，而依賴現有技術，很難實現如此強大的激光輸出。此外，這種方法需要幾個月甚至幾年的持續照射，且必須精確對準小行星，這在實際操作中幾乎是不可能的。

重力牽引器的概念更為奇特：航天器在小行星旁邊懸停，利用微弱的引力慢慢改變其軌道。儘管這一方案聽起來精妙，但其引力效應極其微弱，想要產生足夠的影響，需要幾十年的時間，這對應急防禦來説，顯然不切實際。

還有利用太陽能的辦法，比如用巨大的太陽帆或反射鏡，將陽光反射回小行星表面，以此逐漸推動它改變軌道。但光壓效果極其有限，時間跨度動輒幾十年，且要在太空中部署這樣龐大的設備，面臨巨大的技術和資金挑戰。

用航天器推走小行星也非常困難，阿姆羅開着高達推走即將隕落地球的小行星阿克西斯，現在只能停留於影視動漫。

相較之下，動能撞擊顯得更加務實。像DART任務那樣，通過撞擊器高速撞擊小行星，直接利用動量改變其軌道。雖然撞擊後的速度改變量微小，但在足夠長的時間內，這種偏移效果會逐漸累積，達到避免撞擊地球的目的。這種方法簡單、可控，是當前最可行的小行星防禦方案。

謹以此圖致敬中國航天人，小行星防禦不是夢，但它是中國夢。

綜上所述，中國首次近地小行星防禦任務，已經超越了美國DART任務的窠臼。中國已規劃出了近地小行星防禦的發展藍圖，2030年前“撞”，2030-2035年“推”，2045年前“控”。從升級版動能撞擊技術，到近中遠三個階段的長遠發展，中國翻開了國家行星防禦計劃壯麗的詩篇。

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