美国计划2020年“亲吻”小行星

□ 尹怀勤

OSIRIS-REx计划中的探测器在小行星表面采集样本

5月25日，美国航宇局宣布，将在2016年启动耗资10多亿美元的名为OSIRIS-REx的太空探测计划，发射一艘机器人飞船，并在4年以后抵达一颗被称为1999RQ36的近地小行星，收集星面尘埃，然后于2023年返回地球。科学家届时将对样本物质进行仔细分析研究，以便找到关于地球生命起源的线索。实际上，这一探测计划的实施，还有其他方面的考虑和收获。

探测小行星的缘由

小行星也是太阳系家族中的一类成员，同样围绕着太阳运转，只是体积特小而已。它们绝大多数分布在火星与木星轨道之间，平均距离太阳为2.77个天文单位，即4.14亿千米，被称为小行星带。2010年8月中旬媒体报道，天文学家在海王星前后的两个拉格朗日区都发现了一些小行星。在那里太阳和海王星的引力相抵消，小行星始终保持着与海王星不变的距离绕日运行。此外，位于八大行星外面的柯伊伯带中也有一些小行星围绕太阳运动。其余的小行星穿越大行星轨道绕太阳公转，有些则到达地球附近，就被称为近地小行星。

小行星是太阳系在大约46亿年前刚刚形成时所产生的大块碎片。科学家长期以来一直把小行星视为知识的宝库，认为其储藏着关于太阳系形成以及生命起源的信息。正因如此，人类掌握航天技术以后，就发射太空望运镜对小行星进行观测和发射航天器对其就近进行探测。前者如“哈勃”空间望远镜，曾发现小行星带中的最大天体“谷神”星储有大量水冰，其拥有的淡水量比地球淡水还多。后者如“苏梅克”号飞船，曾对名为“爱神”的小行星进行了近一年时间的环绕飞行探测，最后成功着陆其表面并继续开展了16天的探测工作，获得了大量数据资料。再如美国2007年发射的“黎明”号探测器目前正在飞近小行星带中的“灶神”星，不久即将对其开展绕飞探测，2015年还要探测“谷神”星。

OSIRIS-REx计划的首席科学家迈克尔·德雷克说，通过望远镜进行的针对1999QR36的调查结果显示，这颗小行星上拥有富含碳元素的物质，而这样的物质是构成生命的基础。当地球处于年轻阶段时，小行星撞击了我们的星球，可能带来了一些化合物。这些物质后来结合起来，形成了第一批组成生命的分子。机器人飞船在抵达这颗小行星并进入绕飞轨道之后，将开始进行长达几个月的细致调查，以便找到合适的着陆地点。在确定着陆点后，飞船将与1999RQ36自转速度同步飞行，然后释放一台探测器至小行星表面，与之接触5秒钟的时间，仅是短暂的亲吻。在此期间，一股气体将把尘土吹入一个收集器内。该收集器将被飞船送回地球，降落在美国犹他州的沙漠中。它能容纳近5磅重的物质，足够科学家研究几十年。飞船上一个高分辨率的摄像机将把整个采样过程记录下来，使地球上的太空迷们能够亲眼目睹样本是怎样收集的。日本2003年5月发射的“隼鸟”号探测器，虽然用大体相同的方法“亲吻”了“丝川”小行星，并于2010年6月返回地球，降落在澳大利亚的沙漠中，但由于制导系统出了问题，不仅推迟了回归时间，而且未采集到样本。

2011年7月9日拍摄的小行星“灶神”的立体图像

OSIRIS-REx计划徽标

“爱神”小行星

更应关注近地小行星

值得关注的是，近地小行星中有的轨道与地球轨道交叉，就有可能撞上地球，有的轨道离地球轨道很近，也可能被地球引力捕获而招来麻烦。天文学家的计算表明，直径10千米的近地小行星与地球撞击的概率约为每10万年一次。事实上，地球已多次遭遇小行星的袭击。科学家研究认为，6500万年前一颗直径约几千米的小行星撞击地球，造成了恐龙和三分之二其他物种的灭亡。1500万年前一颗直径1千米的小行星撞击地球的痕迹是卫星从太空观察到的，卫星照片显示其地点就位于现在的德国中部，那里有深达700米以上的巨大坑洞。造成一定危害的小行星最近一次撞击地球是通古斯事件。1908年6月30日发生在俄罗斯西伯利亚的这次灾难性爆炸，是有史以来人类亲眼目睹的电掣般的天地之吻。同样，彗星也曾撞击过地球。有些科学家认为，地球上的水就是彗星带来的。

目前世界上很多国家都在从事对近地小天体的观测活动，并在不断取得实质性的进展。从打赢保卫地球预防战先要做好前哨侦察工作的角度讲，当前已获得了明显成果。2010年7月29日，数名科学家指出，一颗编号为1999RQ36的小行星最有可能于2182年9月24日撞击地球。这颗直径为560米的小行星撞击地球的概率尽管仅为1/1800，但已引起了科学家的关注。美国行星学家克拉克·查普曼说，这个尺寸意味着一旦它撞上地球，就相当于数百枚大核弹同时爆炸，即便不会毁灭地球所有文明，也将造成大规模的破坏及物种灭绝。美国航宇局为此已提出了应对计划，如果该计划获准，美国将于2016年发射探测器，用3年左右的时间飞抵1999RQ36，对其表面进行测绘，并登陆采集样本后返回地球，以深化人类对它的形状和组成的认识。有专家称，任何试图将1999RQ36转向以拯救地球的措施，必须提早100年开始行动才有成功的机会。这也就是说，为迎战1999RQ36小行星采取的系列举措最迟也得于2082年付诸实施。OSIRIS-REx计划就是在这种背景下出台的。

阻止天敌入侵的几种方案

为了防止1999RQ36等近地小行星袭击人类摇篮的发生，切实打好地球保卫战，从实际情况出发，行之有效的途径就是运用航天技术对其予以迎头痛击或将其制服。虽然1999RQ36对地球的实际威胁还有一段时间，但人类必须从现在开始就把已经认识到的可用措施不断地加以完善并逐步予以落实。人无远虑，必有近忧。凡事预则立，不预则废。这些至理名言，用在防止无情天体亲吻地球的重大问题上是最好不过了。关于实战的可行措施，目前科学家们已提出了三种方案。

“黎明”号探测器

“黎明”号探测器收集来自“灶神”星的光谱数据

1993年8月“伽里略”号探测器拍摄的宽56.3千米的小行星“艾达”

“隼鸟”号探测器

第一种方案，就是用航天技术运载核武器将天外不速之客击得粉身碎骨。这一创意最早是由美国氢弹之父泰勒博士提出来的，而逐渐被科学家们所认可。具体做法就是提前发射宇宙飞船，将核装置运载到正冲向地球的小天体上引爆，将其炸碎，拒敌于安全距离之外，确保地球无虞。当然，一次未达预期目的，可进行多次拦击，务期必克。打好地球保卫战，关系到地球生物生死存亡尤其是人类本身的可持续发展问题，科学家们想到动用航天和核能两大高新技术以达到预期的目的，乃是历史发展的必然选择。这种办法对结构比较松散的彗星更为适宜，对小行星1999RQ36就较费劲。

第二种方案，就是用核武器迎击来袭天体改变其运行轨道。这是英国三人专家小组提出的举措。他们计划设计一种武器系统，使一系列核弹头在奔向地球的小天体的一侧爆炸，利用爆炸释放的能量和产生的强中子辐射，打掉小天体表面的一部分，使其重心偏移，从而改变运行轨道，最终躲开地球运行。英国核武器研究机构的科学家正与其欧洲同行探讨如何实施这一技术良策。为该小组提供咨询的高级武器专家奈杰尔·霍洛韦说，要使直径为1千米～2千米的小行星改变轨道，需要使用相当于10万颗投放广岛原子弹的核弹头即20亿吨TNT的能量。科学家们普遍认为，此种办法相对耗费能量较少，对小行星来说比第一种方案更切实可行。1999RQ36的直径尚不到1千米，核弹头能量还可小一些。

第三种方案，就是在即将威胁地球的小行星上安放动力装置改变其运行轨道。这是近几年来科学家们才提出的一项措施。具体实施途径可以归纳为两种，其共同点是都需要发射机器人飞船或载人航天器携带必备的相应动力装置在小行星上实现软着陆，并由机器人或航天员进行技术操作。一种是在小行星的适当位置安放并固牢核火箭发动机系统，并点火让其工作一定的时间，用它产生的反作用力，推动小行星脱离原来的运行轨道，从而避免撞向地球。另一种是在小行星上选择合适位置安装太阳帆并将其展开，使帆面尽量垂直太阳光，以便能够最大限度地接受太阳光子反射所产生的压力。在这种压力的较长时间的作用下，小行星也会逐渐改变运行方向，最终将与地球相望而过，避免两者接触。由于彗星彗核结构不如小行星那样结实，这种方案不太适用于彗星。对1999RQ36来讲，就较为合适。

“鲁特西亚”小行星

小行星撞地球

从发展的观点来看，对付类似1999RQ36的天外杀手，可选择的方案还有用激光武器摧毁危险的目标，发射反物质使入侵者在猛烈的湮灭反应中炸毁，在月球上建立基地监视来袭天敌并提前发射携带核弹头的航天器予以拦截等。理论上讲，上述办法都可能做到，但就目前而言，技术上尚难实现。随着科学技术的飞速发展，将来还可能提出更为新颖有效的措施，只是现在难以准确预言。

人们既然认识到了天体可能入侵的危害，并已初步掌握了可行的技术防范手段，就应该结束不为地球设防的历史。这就是已达到当前文明程度的人类从研究地理和探索太空今昔状况的对比中以及科学地预测未来所得出的必然结论。

为登陆小行星做准备

与实现第三种方案有关的一个好消息是，美国航宇局正在计划2025年前发射猎户座太空船载人登陆小行星。这种飞船的制造商洛克希德·马丁公司已经拿出一项派遣两位航天员持续半年时间探索小行星的代号为“移民石”的计划。猎户座原本是为运送航天员重返月球而设计的，在美国搁置登月计划后，它被当作国际空间站的救生船继续研制，现已具备登陆小行星所需的绝大多数要求。派遣载人航天器造访小行星，不仅是美国火星登陆任务的一项宝贵技术测试及演习，还将有助于科学家们为应对小行星撞击地球制定计划，即为实现上述方案尤其是第三种方案提供借鉴。航天员成功软着陆小行星，可以直接了解对方的实际情况，帮助科学家们加深对该类天体的认识，从而让他们能够更好地选择和完善迎战威胁地球安全的小行星的具体方案。登陆小行星的成功经验，也是对第三种方案实施的可行性的有效验证。这种飞行方式为必要时的载人操作开通了路径，比将来派遣机器人登陆威胁地球的小天体安装动力装置更为可靠。即便是以后用机器人去完成该项重要任务，也可由此增强准备工作的针对性。

换一个角度讲，让机器人飞船就近探测、登陆采样1999RQ36小行星，并最终返回地球，也是为美国实施派人登陆小行星做准备的。根据美国总统奥巴马2010年4月宣布的要在2020年至2025年派遣航天员访问小行星的计划，为了避免携带太多的生活用品，载人飞船往返飞行时间不超过6个月，为了地面天文望远镜能够观看到小行星，星体直径不能小于50米。据此只有2009QS5、1999AQ10、3003SM84三颗小行星符合条件。尽管已有这三个候选目标，但美国航宇局目前还没有最终决定登陆哪颗小行星。问题是上述三颗小行星直径仅为50米～100米，几乎没有重力，且快速自转，还会产生离心力，给飞船登陆其表面和航天员出舱行走都造成很大困难。为了解决这些难题，美国航宇局对猎户座飞船和航天员将采取一些特殊的措施。显而易见，让宇宙飞船运载机器人登陆1999RQ36小行星，可以验证未来飞船载人登陆小行星技术，并为其改进提供借鉴。登陆小行星比登陆月球要艰难得多，不仅因为前者比后者更为遥远，还因为两者体积大小差别过于悬殊。在这种情况下，用机器人进行探路，无疑是一种上乘方案。将来航天员登陆小行星成功，在表明载人航天技术又迈上一个新的台阶的同时，还为载人访问火星积累了经验。这也是美国政府决心暂时放弃载人重返月球计划的主要原因。

综上所述，不难看出，美国实施机器人飞船探测小行星计划，将是一举多得的做法。

“隼鸟”号探测器的返回舱