近年来，随着天文观测技术的进步，人类对近地小行星的认识不断加深。这些小行星由于轨道接近地球轨道，对地球可能构成潜在威胁。为此，中国计划在2030年前后实施首个近地小行星防御任务，初步明确以小行星2015 XF261为目标。这项任务不仅展示了中国在空间科学领域的技术实力，也标志着我国在应对全球性自然灾害方面迈出了重要一步。
近地小行星
近地小行星是指那些轨道与地球轨道接近的小行星，如果近地小行星与地球发生撞击，可能造成巨大灾害。我们不需要过度惊慌，这些小行星与地球碰撞的概率极低，例如，一颗直径为1km的小行星大概每五十万年才和地球相撞一次。
但这并不意味着我们要对此视而不见，高枕无忧。
回顾历史，小行星曾多次撞击地球，甚至造成生态环境灾变和物种灭绝。小行星撞击被认为是6600万年前恐龙灭绝的主要原因。另外，1908年发生的通古斯大爆炸事件，就是由于一颗小行星或彗星在西伯利亚上空爆炸，摧毁了2000多平方公里的森林。当时的科技对这样的灾害无能为力，只能任其发生。
为提高人们对小行星撞击危害的认识，2016年联合国大会第A/RES/71/90号决议正式将每年6月30日定为国际小行星日。
近年来，随着科学技术的发展，人类已经具备了对小行星撞击地球事件进行干预的能力。2022年，NASA成功实施了双小行星重定向测试（DART）任务，通过动能撞击改变了小行星Dimorphos的轨道，证明了此类技术的可行性。
2022年9月26日，DART撞击了小行星Dimorphos，这是一个直径仅为530英尺（约160米）的小天体。它绕着一颗更大的2560英尺（约780米）小行星Didymos运行。（图片来源：NASA官网）
随着航空航天技术的发展，中国近年来也开始开展有关近地小行星防御的研究。这类研究不仅是保护地球生命和财产安全的必要，也是提升国家科技水平和国际影响力的重要举措。
中国计划在2030年前后实施首个近地小行星防御任务。此次任务的目标是实施动能撞击演示验证实验，初步选定小行星2015 XF261为撞击目标。长期规划是在2025—2035年设计并实施3—5次近地小行星防御任务。自2023年4月公布任务以来，中国向全球征集任务名称、规划和方案，吸引了广泛关注和参与。
我们选定的小行星2015 XF261是一颗直径约为170米的小行星，其半长轴约为1.1天文单位（天文单位是指地球到太阳的平均距离，约为1.5亿公里），运行轨道与地球轨道有较高的交会概率（即小行星轨道和地球轨道相交的机会较大，如下图所示）。
这是小行星 2015 XF261在2016年11月24日的位置，Earth=地球。从图中可以看出两者的轨道有较大的交汇率，便于进行撞击实验。
（图片来源：The planetary society）
这个小行星的公转周期约为1.3年，轨道偏心率为0.23（轨道的椭圆程度，数值越大表示越偏离圆形，圆形的偏心率是0），轨道倾角为7.8度（小行星轨道平面与地球轨道平面的夹角）。这些特性使其成为动能撞击实验的理想目标。此外，该小行星的轨道较为稳定，且距离地球相对较近，便于观测和测量撞击效果。
动能撞击防御技术
动能撞击防御技术是目前防御小行星撞击地球的相对简单的方法，其基本原理是通过高速撞击体直接撞击小行星，以改变其轨道，从而避免其与地球相撞。该技术具有技术成熟度高、启动迅速、灵活性强等优点。
然而，动能撞击防御技术也存在一些缺点。
首先，小行星的几何形状和自转会影响撞击效果，如果撞击体未能准确命中预定部位，可能导致轨道偏移效果不如预期效果。
其次，小行星的材质结构多样，可能含有多种金属和松散的岩石，这些不同的材质可能会吸收或分散撞击能量，使轨道变化达不到预期效果。
此外，动能撞击可能产生大量碎片，这些碎片可能继续沿原轨道运行或形成新的威胁。
为此，我国科学家提出了「以石击石」和「末级击石」两种加强型动能撞击防御技术，以应对这些挑战和局限。
「以石击石」方案是借力打力，是用小行星去撞击小行星。具体来说就是在具有高威胁性的小行星附近捕获一个更小尺寸的小行星（几吨到几百吨都有可能），然后控制这个被捕获的小行星去撞击对人类有威胁的小行星（质量通常远远大于几百吨）来改变它的轨道。
「末级击石」是指用航天器火箭末级组合的动能撞击陨石或者小行星。这种方案中，火箭末级带着航天器进入太空后，不进行传统的星箭分离动作。火箭上的航天器可以负责轨道和姿态控制，火箭末级则负责提供撞击所需要的大质量，两者一起撞击小行星。火箭末级本身的大质量能提升撞击小行星的效率，以便更好达到偏转小行星现行轨道的目的。
动能撞击防御技术原理图。通过发射火箭撞击小行星来改变小行星的轨道，从而使地球避免遭到撞击。（图片来源：作者自制）
当然，这两种方案的可行性还需要实验检测，在任务实施过程中可能面临的技术挑战包括精确控制撞击体和评估撞击效果等。精确控制撞击体需要高精度的导航和控制技术，而评估撞击效果则需要对小行星表面的物理和力学性质有深入了解。这些挑战将推动我国在相关技术领域的研究和发展。
结语
防御小行星是一个具有挑战性的问题，对于短期预警小行星，目前没有特别有效的防御方法。所以，提前预警在防御小行星撞击地球方面十分重要，预警提前的时间越多，留给我们准备的时间也就越充足。随着中国航空航天技术的发展，中国将在小行星探测和预警方面做出更多的贡献。通过持续的技术创新和国际合作，我国也有望在小行星防御领域取得更多突破，为全球应对小行星威胁做出我们的努力。
出品：科普中国
作者：星之队（青年学者）
监制：中国科普博览
