太陽(yáng)系內(nèi)小行星分布示意圖。深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室供圖
地球防御小行星撞擊漫畫。楊仕成繪
網(wǎng)友：最近看到一個(gè)熱搜話題，“我國(guó)規(guī)劃撞擊一顆小行星”，有種科幻照進(jìn)現(xiàn)實(shí)的感覺(jué)。小行星是顆什么“星”，為什么要去撞擊它？假如小行星撞地球，我們?cè)趺崔k？
編輯：這些話題聽起來(lái)很科幻，但其實(shí)離我們并不遙遠(yuǎn)。今年初，“一顆編號(hào)為2024 YR4的小行星可能會(huì)在2032年撞擊地球”的消息曾引起熱議。就在9月3日晚，一顆近地小行星2025 QD8在21萬(wàn)公里外與地球“擦肩而過(guò)”。本期院士講科普，我們邀請(qǐng)中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師、深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室主任兼首席科學(xué)家吳偉仁院士，和大家聊聊探索小行星的那些事。
浩瀚的太陽(yáng)系中，圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的不僅有八大行星，還有千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)頭不等、形狀各異、運(yùn)行軌道不同的小行星。小行星是太陽(yáng)系原始星云在長(zhǎng)成大行星過(guò)程中的中間產(chǎn)物，也被稱為太陽(yáng)系建筑大廈的磚石。在前不久舉行的第三屆深空探測(cè)（天都）國(guó)際會(huì)議上，我國(guó)科學(xué)家提出了中國(guó)小行星探測(cè)、防御和資源開發(fā)利用構(gòu)想，并向國(guó)際伙伴發(fā)出了合作倡議。
數(shù)十億顆小行星，是太陽(yáng)系形成與演化的“活化石”
太陽(yáng)系小天體包括小行星和彗星。其中，小行星是指軌道環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行、體積和質(zhì)量比行星和矮行星小，并且不易釋放出氣體和塵埃的小天體。太陽(yáng)系中有數(shù)十億顆小行星，由近及遠(yuǎn)分為近地小行星、主帶小行星、特洛伊小行星、半人馬小行星、柯伊柏帶小行星等，它們是太陽(yáng)系形成與演化的“活化石”。如果小天體的近日點(diǎn)距離小于1.3AU（AU為天文單位），則被稱為近地小行星。
小行星富含鐵、鎳、鉑族金屬以及水冰等資源，主要分為金屬質(zhì)、碳質(zhì)和硅酸鹽質(zhì)三大類。其中，金屬質(zhì)類小行星富含鐵、鎳、鉑族等金屬，如靈神星由金、鎳等貴金屬構(gòu)成；碳質(zhì)類小行星蘊(yùn)藏水資源，可用于推進(jìn)劑、生保物資的原位生產(chǎn)和補(bǔ)給；硅酸鹽質(zhì)類小行星中的硅酸鹽礦物等，可作為太空建筑的原材料，減少?gòu)牡厍蜻\(yùn)輸材料的成本，大幅提高探測(cè)效益。
小行星發(fā)現(xiàn)目前主要依賴地基光學(xué)、地基雷達(dá)和天基紅外等手段。自上世紀(jì)90年代開始，世界上開展了10余次小行星探測(cè)、防御與勘察任務(wù)。
在小行星探測(cè)方面，2003年發(fā)射的日本隼鳥號(hào)探測(cè)器，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)糸川小行星采樣返回。2012年12月，我國(guó)發(fā)射的嫦娥二號(hào)探測(cè)器對(duì)圖塔蒂斯小行星完成了飛越探測(cè)，成功拍攝并回傳了數(shù)百?gòu)埜咔逦日掌?014年日本發(fā)射的隼鳥二號(hào)，帶5.4克小行星“龍宮”樣本返回地球，為小行星特性、生命起源研究等提供了關(guān)鍵線索。
在小行星防御方面，2005年，美國(guó)成功實(shí)施了“深度撞擊”任務(wù)，驗(yàn)證了動(dòng)能撞擊防御的技術(shù)可行性。隨后，美國(guó)和歐空局聯(lián)合開展了“小行星撞擊偏轉(zhuǎn)評(píng)估計(jì)劃”，2022年9月成功實(shí)施了“雙小行星重定向測(cè)試（DART）”任務(wù)，證明動(dòng)能撞擊技術(shù)可有效改變小行星軌道。歐空局于2024年10月發(fā)射了赫拉探測(cè)器，計(jì)劃對(duì)DART任務(wù)撞擊效果進(jìn)行觀測(cè)，評(píng)估雙小行星系統(tǒng)受到的影響。
在小行星資源開發(fā)利用方面，美國(guó)于2023年成功對(duì)水資源豐富的小行星“貝努”完成采樣返回。2023年發(fā)射了“靈神星號(hào)”探測(cè)器，計(jì)劃對(duì)含有大量黃金的靈神星進(jìn)行詳查。2025年5月，我國(guó)天問(wèn)二號(hào)探測(cè)器成功發(fā)射，目標(biāo)是對(duì)近地小行星進(jìn)行采樣返回。
構(gòu)建小行星防御能力，是全人類共同的任務(wù)
近地小行星是對(duì)地球最具潛在威脅的天體之一，小行星撞擊也被聯(lián)合國(guó)列入威脅人類生存的二十大災(zāi)難。科學(xué)界普遍認(rèn)為，6600萬(wàn)年前，一顆直徑大約10公里的小行星撞擊地球?qū)е铝税铸堅(jiān)趦?nèi)全球大約75%的物種滅絕。1908年6月30日，通古斯大爆炸，超2000平方公里的森林被摧毀。2013年，一顆小行星在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克地區(qū)高空爆炸，造成約1500人受傷、約3000棟房屋受損。高破壞性撞擊事件，概率極小，但危害極大。
但是，我們對(duì)于小行星的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。截至2025年3月，人類共發(fā)現(xiàn)了38171顆近地天體，其中包括38048顆近地小行星和123顆近地彗星。但由于監(jiān)測(cè)難度大，還有大量近地小行星尚未軌道編目，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近地小行星中完成編目的數(shù)量只占真實(shí)數(shù)量的1%。2025年初，編號(hào)為2024 YR4的小行星撞擊概率曾升至3.1%，給全球帶來(lái)了極大震動(dòng)。就在9月3日22時(shí)56分，一顆最近發(fā)現(xiàn)的近地小行星2025 QD8飛過(guò)地球，距離地球只有21萬(wàn)公里。這顆小行星平均直徑約為38米，飛越地球時(shí)速度達(dá)到了12.5千米/秒。
面對(duì)這些“不速之客”，有哪些應(yīng)對(duì)之策？
近年來(lái)，中國(guó)國(guó)家航天局相繼啟動(dòng)了近地小行星探測(cè)計(jì)劃和小行星防御等工程論證和實(shí)施，明確提出“論證建設(shè)近地小天體防御系統(tǒng)”。我國(guó)科學(xué)家從監(jiān)測(cè)預(yù)警、在軌處置、體系應(yīng)對(duì)等方面，提出了建設(shè)相對(duì)完善的近地小行星探測(cè)與防御體系戰(zhàn)略構(gòu)想。一是構(gòu)建精準(zhǔn)預(yù)警、常態(tài)運(yùn)行的天地一體化協(xié)同監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。地基方面，充分利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有專用和兼用望遠(yuǎn)鏡，并考慮將來(lái)部署更大口徑望遠(yuǎn)鏡，積極布局地基雷達(dá)，與地基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡形成多口徑搭配、多功能結(jié)合、高效協(xié)同的地基監(jiān)測(cè)網(wǎng)。天基方面，優(yōu)選穩(wěn)定值守點(diǎn)軌位部署觀測(cè)航天器，構(gòu)成多軌位多手段綜合天基監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建小行星探測(cè)與防御綜合服務(wù)系統(tǒng)。二是形成“動(dòng)能撞擊為主、多技術(shù)互補(bǔ)”的處置能力，建立近地小行星防御任務(wù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)即有預(yù)案、風(fēng)險(xiǎn)即能應(yīng)對(duì)”。
我國(guó)科學(xué)家論證提出2027年前后實(shí)施小行星在軌處置演示驗(yàn)證任務(wù)，首次動(dòng)能撞擊任務(wù)主要實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo)：一是成功改變目標(biāo)小行星的軌道；二是對(duì)撞擊過(guò)程進(jìn)行全程觀測(cè)，獲取撞擊瞬間的速度、能量傳遞等關(guān)鍵數(shù)據(jù)；三是在撞擊后，對(duì)小行星的軌道變化、形貌等進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，評(píng)估撞擊效果。
演示驗(yàn)證任務(wù)提出后，受到廣大公眾的熱切關(guān)注。網(wǎng)上也出現(xiàn)了許多分析、解釋文章，從側(cè)面反映了大家的熱情。當(dāng)然，有些文章可能不是那么嚴(yán)謹(jǐn)，有些解讀也不是特別準(zhǔn)確。
這項(xiàng)任務(wù)具體來(lái)說(shuō)，就是對(duì)距地球1000萬(wàn)公里左右的小天體實(shí)施動(dòng)能撞擊，使其產(chǎn)生3到5厘米每秒的速度增量，以期改變其原有軌道，驗(yàn)證動(dòng)能撞擊的可行性，且驗(yàn)證在100年內(nèi)無(wú)撞擊地球風(fēng)險(xiǎn)。
站在守衛(wèi)地球安全與人類延續(xù)的角度來(lái)看，構(gòu)建小行星防御能力，是全人類共同的任務(wù)。中國(guó)作為負(fù)責(zé)任的航天大國(guó)，有責(zé)任、有義務(wù)、有能力貢獻(xiàn)中國(guó)智慧、發(fā)揮中國(guó)力量，系統(tǒng)構(gòu)建小行星探測(cè)與防御體系，和世界一起守衛(wèi)我們的地球家園。
小行星有豐富資源，是未來(lái)深空經(jīng)濟(jì)的重要支撐
小行星撞擊是全人類共同面臨的潛在威脅，但隨著探測(cè)、防御能力提升，與小行星的“親密接觸”，有望打開太空資源的更多可能。雖然小行星防御受到較高關(guān)注，但對(duì)其進(jìn)行探測(cè)與資源開發(fā)利用同樣重要。
小行星資源開發(fā)與利用，是指對(duì)小行星礦物、水冰等資源的探測(cè)、開采、加工、運(yùn)輸及利用的一系列活動(dòng)，包括勘察與評(píng)估、開采與加工、運(yùn)輸與利用等主要環(huán)節(jié)。首先通過(guò)地面觀測(cè)臺(tái)站、深空探測(cè)器等進(jìn)行勘察，篩選目標(biāo)小行星。然后，發(fā)射探測(cè)器到目標(biāo)小行星，由作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行開采作業(yè)，并在小行星軌道或附近空間站進(jìn)行在軌加工，初步處理與提純。最后，通過(guò)重復(fù)使用的往返運(yùn)輸器，將加工后的資源送往近地軌道或返回地球，形成“太空供應(yīng)鏈”。
小行星開發(fā)利用具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，主要航天國(guó)家對(duì)此高度重視。根據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)估算，目前探測(cè)較為充分的約1000顆小行星中，有700余顆的單顆價(jià)值超過(guò)100萬(wàn)億美元，未來(lái)30年主帶小行星資源開發(fā)價(jià)值超過(guò)7萬(wàn)億億美元。這一領(lǐng)域不僅是深空探測(cè)的重要方向，更是未來(lái)深空經(jīng)濟(jì)和地外資源補(bǔ)給的重要支撐。隨著空間核能源、量子技術(shù)、具身智能等新技術(shù)不斷取得突破，將大力推動(dòng)小行星資源開發(fā)利用走向智能化、低成本、商業(yè)化運(yùn)營(yíng)模式，逐步形成規(guī)模化小行星資源開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)鏈，成為深空經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。（吳偉仁 作者為中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師、深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室主任兼首席科學(xué)家）
