中国小行星防御计划：起步晚但起点高，有望后来居上
中国小行星防御计划：起步晚但起点高，有望后来居上
小行星防御计划是全球性的重大课题，关乎人类生存安全。中国在该领域起步虽晚，但起点高，近年来发展迅速。本文将为您详细介绍中国小行星防御计划的现状、进展以及与美国的差距和合作前景。
2023年3月23日有消息称，为进一步加快建立完善小行星监测预警系统，国家国防科工局重大专项工程中心近日前往中国航天科技集团有限公司五院总体设计部、北京理工大学宇航学院和中国科学院国家空间科学中心等单位进行了交流座谈。
不过，这个消息很快就淹没在信息海洋中。到网上一搜，更为吸引眼球的“小行星防御计划”出现频率则要高的多。其实小行星监测预警也是小行星防御计划的组成部分。很多人将小行星防御和小说《三体》中的“行星防御理事会”联系在一起，让它带上了不少科幻色彩。应该要感谢科幻小说和影视作品。无数以小行星撞地球为题材的大片，使得小行星对地球的重大威胁变得家喻户晓。
然而，小行星防御还真不是科幻或遥远的未来技术，更不是戏说或谣言。在科学界，它是一个非常严肃的现实课题。历史上的真实事件，包括6500万年前恐龙的灭亡和因此引发的物种大爆发、1908年神秘而威力巨大的通古斯大爆炸、2013年2月影像记录丰富的俄罗斯车里雅宾斯克陨石事件，早已显示了小行星撞击的严重性。行星防御其实是全人类的共识。
图1：车里雅宾斯克陨石撞击视频（图源：互联网）
近地小行星的定义是轨道远日点小于1.3天文单位（地日距离）的小行星，大致可理解成火星轨道内的小行星。那些穿越地球轨道的小行星对地球的威胁尤为严重。截至3月30日，直径一公里以上、可引发全球性灾难的近地小行星已发现90%以上，为854颗。可造成区域性灾难的直径140米以上的近地小行星估计有2.5万颗，目前只发现了10419颗。迄今累计已发现近地小行星31626颗，但近地小行星总数可能超百万颗。
这意味着，我们对绝大多数可能袭来的小行星都是茫然无知的。事实上，2008年之前所有撞击事件都是这样的，没有时间疏散避险，更谈不上拦截。所以，小行星防御的第一步，就是要尽早发现并预警。发现得越早，我们就有越多的时间做出应对。建立实时性更强的监测预警系统非常必要。
图2：地球附近小行星轨道（图源：NASA）
到目前为止，小行星一般都是通过光学望远镜发现的。但精确测轨、确定大小形状以及自转等天体特性，用超远程雷达（又称行星雷达）更有效。另一方面，无论是光学还是雷达，地面观察因为地球遮挡，有很大的盲区，无法实现全空域、全天时监测预警。所以，小行星监测预警不仅需要光学望远镜，还需要行星雷达；不仅需要地基观察网，还需要天基监测系统。
中国行星防御计划：起步晚，起点高
我国紫金山天文台长期观察小行星，上世纪50年代就发现过小行星。但我国近地小行星观察开展得比较晚。1995至1999年，北京天文台（现国家天文台）兴隆观测站使用60/90厘米施密特望远镜开展了持续4年的近地小行星搜寻，发现5颗近地小行星。2006年，紫金山天文台和南京天文仪器研制中心联合研制了一米口径的施密特近地天体探测望远镜，安装于盱眙。迄今它已发现1000多颗小行星，其中36颗近地小行星。
近年来，我国业余天文爱好者也参与到近地小行星搜索中。其中位于新疆的星明业余天文台尤为突出。星明台主持的多项业余巡天项目也包括了小行星搜索。2023年2月底，星明团队和中科院新疆天文台南山观测站开展深度合作，使用1米大视场光学望远镜，首次发现了一颗近地小行星2023 DB2。
2023年2月27日，国际小行星中心发布公告，确认了中国科学院紫金山天文台新发现的近地小行星 2023 DU。这颗直径约30米的阿波罗型近地小行星于北京时间3月5日近距离飞掠地月系统。这次提前预警显示中国的地基光学监测和预警系统已经具备了一定的能力。
不过，我国发现的近地小行星数量在国际上所占比例仍然非常小。所幸的是，最近几年我国天文事业迎来了高速发展的机会。位于青海冷湖、建设中的2.5米口径“墨子”大视场巡天望远镜，以及中国空间站巡天望远镜（CSST）都将成为近地小行星搜索的强大武器。
和光学观察相比，行星雷达更是我国的薄弱环节。不过，这个情况也将得到改变。2021年起，国家航天局联合有关部委，启动了我国近地小行星撞击风险应对的中长期发展规划论证。去年4月23日中国航天日，国家航天局副局长吴艳华表示，我国将建立地基和天基小行星监测预警系统。最近一年多来，我们看到了越来越多的报道，我国的小行星监测预警系统正在取得稳步进展，行星雷达的空白很快就会补上。
地基监测预警系统“中国复眼”行星雷达项目已经启动。它分三期建设。一期“分布式雷达天体成像测量仪验证试验场”位于重庆两江新区明月山，由4部16米孔径雷达组成，用于验证雷达体制和关键技术可行性。它已于2022年12月完成建设并成功拍摄了我国首幅月球环形山地基三维雷达图像。
图3：中国复眼二期效果图（图源：北京理工大学）
中国复眼二期位重庆云阳中洲岛，将由25部30米孔径雷达组成，已于今年2月14日破土动工，计划于2025年建成。它可探测千万公里外小行星。而未来的三期工程则计划将雷达单元数量扩展至上百部（名副其实的“复眼”），让我们的观测距离成倍提升，观测对象极大地扩展，对直径公里级的小行星探测距离达到上亿公里。它将成为世界上探测距离最远的行星雷达。
天基小行星监测预警系统在国际上几乎还是空白。说“几乎”，是因为加拿大十年前发射过历史上唯一的一颗专用小天体监测卫星（NEOSSat）。但它是一颗微纳卫星，仅重65公斤，能力十分有限。我国可能后来居上。文首提到的新闻无疑和天基监测预警系统相关，因为航天科技五院和中科院空间科学中心分别是国内最重量级的航天器和科学载荷研发机构，没有之一。这条新闻表明，中国的天基小行星监测预警系统离正式立项可能已经不远了。