再见，“小行星重定向任务”

郭筱曦（北京空间科技信息研究所）

2017年6月，美国国家航空航天局（NASA）正式宣布取消原计划从一颗小行星表面采集一块巨石拖回月球附近轨道并安排航天员到访的“小行星重定向任务”（ARM）。奥巴马总统任内提出的这一“创新”的载人小行星探索方案，在新总统特朗普上任初始便惨遭“扼杀”。12月，特朗普签发总统令，指示NASA实施载人重返月球。随着总统换届，美国探索太空的计划一直在调整。本文对该项目的背景、意义、进展及随之而来的争议进行了回顾、总结和分析。

1 项目背景

小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多的固态小天体。近地小行星（NEA）则指轨道在地球轨道附近或与地球轨道相交的小行星，近日点在1.3个天文单位以内。在主要航天国家之中，只有美国明确提出过载人小行星探索计划。

NASA对于小行星任务的新规划根植于该机构的传奇历史，想法可以追溯到成立初期。在1964年一份名为“长远未来任务规划”的文件中，NASA就表达了在20世纪70年代结束之前利用无人探测器到访小行星的愿望，但时任NASA局长罗伯特·福罗什也坦言，当时最先进的技术也不足以实现这一目标。自20世纪70年代以来，NASA一直在研究到访小行星的可能途径，先后实施过多次任务，或专门研究小行星，或在飞向其他行星的途中飞越小行星。

2010年2月，美国时任总统奥巴马取消了其前任小布什政府提出的、已经进入工程研制阶段的“星座”计划（Constellation Program），同时发布“21世纪新太空探索”战略，确定目标是进行月球以远的载人深空探索。同年发布新版《美国国家航天政策》，提出在2025年前实施月球以远的载人探索任务，包括载人到访小行星，2035年左右实现载人绕火星探索活动。取消“星座”计划、转而走上小行星探索途径的根本原因可归结为美国已经实现人类首次登月，更期望探索人类未及疆域。不只奥巴马政府对再次登月不感兴趣，时任NASA局长查尔斯·博尔登也一向不主张重返月球。随“星座”计划中止的还有主宰近地轨道载人往返30年的航天飞机计划，此后美国航天员只能借助他国飞船进入太空和“国际空间站”。由于无法忍受曾经的载人航天绝对领导地位旁落，奥巴马政府提出了史无前例的载人小行星探索目标。

在美国新航天政策背景下，NASA内部成立的“空间架构团队”开始评估载人探索近地小行星所需的系统和资源，与外部的科学、学术和工程团体合作开展了初步研究，并于2010年8月举办了主题研讨会。经过多年规划和近期的技术发展，NASA认为有能力加快计划，以实现其构想了40多年的小行星探索计划。

2011年9月至2012年4月，美国加州理工学院凯克空间研究所（KISS）牵头对近地小行星捕获任务进行了可行性研究，参与者来自NASA的5个中心及喷气推进实验室（JPL）、8所大学、行星协会、B612基金会、商业公司等。凯克空间研究所的可行性研究得出主要结论：利用已具备或可能在10年内实现的技术，将一颗直径7m、质量500t的近地小行星捕获并重定向至月球高轨道是可行的。2013年1～3月，以凯克空间研究所研究成果为基础，NASA喷气推进实验室牵头深入研究了任务的可行性。

2 “小行星重定向任务”（2013—2017）

经过前述的一系列研究和准备工作，2013年4月，NASA在新财年预算案中提出一项全新的“小行星倡议”（Asteroid Initiative）。该倡议由2个独立但相关的部分组成：“小行星重定向任务”（ARM）和“小行星大挑战”（Grand Challenge）。后者主要针对行星防御，前者则是本文探讨的重点。

“小行星重定向任务”由喷气推进实验室提出并牵头，集结了NASA多个中心的研究力量，利用并整合了NASA在载人探索、空间技术和空间科学方面的活动，以期提升未来载人和无人任务所需的能力。“小行星重定向任务”将部署一个无人航天器捕获一颗小行星或从一颗小行星表面采集一块巨石，再拖至月球附近的稳定轨道上，随后由航天员与其交会并进行就位研究。经过目标遴选和观测环节之后，“小行星重定向任务”主体分为两个阶段。

1）无人小行星捕获阶段：飞行器利用充足的器载推进能力，捕获一颗小行星或从一颗小行星表面采集一块巨石，再拖至月球附近的稳定轨道上；

2）载人小行星探索阶段：载人飞船与已重定向至地月空间的小行星或巨石交会，进行勘测、研究和采样，确定其成分和内部构造，并评估资源利用潜能。

无人小行星捕获阶段将发射无人飞行器与目标小行星交会。该飞行器利用功率超过当今最先进水平30倍的太阳能电推进（SEP）技术，将太阳能转化为电能，产生连续小推力，极大降低往返航行所需的推进剂量。NASA针对这一部分在两种方案之间进行了权衡评估，方案（A）捕获一颗小型小行星，与平均直径小于10m、质量小于1000t的近地小行星交会，随后捕获这颗自旋小行星；方案（B）前往一颗较大的小行星，从其表面取回一块巨石，与一颗较大（直径约100m）的近地小行星交会，采集直径约2～4m的巨石（质量约10～70t）。两种方案都计划演示验证行星防御技术，如利用无人小行星重定向飞行器使可能具有威胁的小行星转向。随后，将捕获到的小行星/巨石机动至稳定的、乘员可达的月球轨道——大幅值逆行轨道（DRO）。2015年3月选定方案（B）。

载人小行星探索阶段即“航天发射系统”（SLS）/“猎户座”（Orion）飞船的第二次探索任务（EM－2），从发射到乘员返回地球共持续26天。两人乘组搭乘“猎户座”飞船，由“航天发射系统”I构型发射。在第9～10个飞行日与大幅值逆行轨道上的无人小行星重定向飞行器交会、对接。航天员在此将进行两次舱外活动，以验证深空舱外活动能力并采集小行星样品。在第15个飞行日组合体解除对接，开始返回地球。在第26个飞行日，飞船执行跳跃式再入地球大气层，溅落在美国沿海水域。

NASA坚持认为，“小行星重定向任务”是其载人火星探索规划中的重要一步。很多为“小行星重定向任务”开发的技术和制定的概念方案都可扩展到载人火星探索。“小行星重定向任务”的可扩展性包括无人任务部分和载人任务部分。对于无人任务部分，太阳能电推进系统能力可用于其他载人探索任务；机械臂技术适用于卫星在轨服务等任务，为今后载人近地小行星或火星卫星任务提供表面接触或操纵能力；末端执行器/抓爪（即微刺技术）可用于未来月球、火星、火星卫星的无人探索，还可用于探索近地小行星、主小行星带等天体；行星防御技术和通过该任务可能获得的经验也与未来任务相关且可扩展。对于载人任务部分，除采集和返回样品外，还将验证重型运载火箭与新型载人飞船支持地月转移任务的能力，飞船与无人飞行器的交会对接系统，以及深空舱外活动和相关工具等。

2016年1月，喷气推进实验室向多家公司授出无人小行星重定向飞行器的设计研究合同。5月，意大利航天局（ASI）同意参与联合研究。8月，NASA批准“小行星重定向任务”无人任务部分进入“关键决策点B”，这意味着该任务刚刚完成概念方案和技术方案的制定，但尚未进行初步设计评审。此外，无人任务和载人任务的发射日期分别推迟至2021年12月和2026年12月。

原本“小行星重定向任务”进展还算顺利，但进入2017年之后，其命运却急转直下。3月，美国白宫发布2018财年联邦政府预算申请，提议取消“小行星重定向任务”。项目团队在4月收到NASA高层的“撤资通知”。6月，在众议院科学委员会航天小组委员会关于NASA预算申请的听证会上，众议院科学委员会对NASA预算申请“终结了上届政府考虑不周的小行星任务”表示支持。随后，“小行星重定向任务”进入“有序收尾”阶段，项目团队被要求整理已完成的工作成果，并根据情况将项目活动移交给其他潜在任务或归档以供未来使用。NASA特意强调，以太阳能电推进技术为首的一众关键技术都将继续推进。

3 立项以来争议不断，项目合理性难以立足

“小行星重定向任务”从提出到取消一直未获美国国内广泛认可。NASA内部咨询机构和外部独立研究机构纷纷表达了对该项目的意见，主要包括NASA咨询委员会（NAC）、小天体评估工作组（SBAG）和美国国家研究委员会（NRC）。这三家研究机构给出的专业意见足以代表美国相关科研工作者的共识。而且，美国国会也对该任务成见颇深。

美国国内各界对“小行星重定向任务”的质疑主要集中在以下几点。

质疑之一：任务的真正目的不明确

NASA在解释“为什么坚持实施‘小行星重定向任务’”的问题上做得不尽如人意。NASA时任局长博尔登承认是因为NASA同时进行“小行星重定向任务”和“小行星大挑战”所以引起混乱：行星防御不是“小行星重定向任务”的目的，而是“小行星大挑战”的目的。但NASA很多人都把“行星防御”列为“小行星重定向任务”的重要理由，甚至写进了官方发布的情况说明中。小天体评估工作组强调，这项计划与遴选科学任务的过程相反，科学任务应由严谨的科学和只能由航天任务回答的难题支撑，认为“‘小行星重定向任务’这样的‘一锤子买卖’将不可挽回地破坏小天体探索计划”。

质疑之二：探索与科学价值均不明显，与载人登火目标联系不紧密

NASA将载人小行星探索的地位定为载人火星探索的“垫脚石”。但NASA咨询委员会认为，小行星捕获任务或许可以验证技术能力，但与载人火星任务的长远战略之间没有显而易见的联系。NASA兰利研究中心载人架构团队也认为，火卫一和火卫二更值得探索，因为它们距离火星足够近，科学价值高，且可以应用与登火任务相同的乘员运输系统。小天体评估工作组认为，“小行星重定向任务”不存在任何科学价值，因为将一颗小行星拖到离地球近一点的地方对铺垫载人火星任务的作用微乎其微。

质疑之三：与最初目标相悖，捕获的小行星不同于在天然轨道上的小行星

美国众议院科学委员会表示，更期待看到航天员重返月球，严厉指责“小行星重定向任务”是“随意”构建的计划，在“捕获小行星对于载人探索是否浪费时间”这个问题上持坚定的反对立场，认为由无人探测器来完成更好。2010年，奥巴马总统指示NASA在2025年之前将航天员送上小行星，而不是把一颗小行星拖到航天员面前。2013年，白宫却提出“小行星重定向任务”取而代之。小天体评估工作组明确表示，总的来说他们不反对载人近地小行星任务，只反对“小行星重定向任务”。

质疑之四：成本/技术风险巨大，可能远超NASA预想

凯克空间研究所的可行性研究估计，无人小行星任务的总成本约为26亿美元，还不包括发射费用和后续载人任务的成本。NASA咨询委员会担心“小行星重定向任务”可能会引起不可接受的成本和技术风险，使美国在接下来20年中花费1600亿美元在载人航天上，但只是“无比接近”载人登火。NASA咨询委员会曾建议在做出选择前先进行一项独立的成本和技术评估，但这一建议并未被采纳。直至2016年9月，美国国会再次要求NASA评估“小行星重定向任务”并制定替代方案。

4 结语

美国载人小行星探索的目标是在奥巴马政府上台并取消重返月球的“星座”计划之后提出的，而如今，特朗普上台后“旧事”重提，在2017年12月宣布重启载人登月计划，这种戏剧性变化也是由政策的本质决定的。美国载人航天的核心思想是“火星首位”，而在近地轨道通往火星的路径选择上，近些年来已几经波折。虽然载人火星任务的正面意义饱受非议，但也有专家认为，围绕“小行星重定向任务”展开的讨论或许可以刺激学术界和工程界构想出更多、更有效、更合理的载人探索途径。

笔者从2011年开始从事载人航天领域情报研究工作，见证了“小行星重定向任务”从可行性论证、立项、方案论证、争议缠身直至终止的近乎整个过程，虽早就研判过该项目的计划可行性不高，但如今面对正式取消的结果，仍颇有感慨和唏嘘。感慨的是以总统意志为转移的美国载人航天计划，在政府换届之时必将受到巨大影响；唏嘘的是曾在人类探索宇宙的进程中取得空前成就的美国，却因政治等原因无法坚持一以贯之的探索路线，最终导致最后一次登月之后的这几十年来始终止步不前。我们应该戒之，慎之。