美國計劃2020年“親吻”小行星

□ 尹懷勤

OSIRIS-REx計劃中的探測器在小行星表面采集樣本

5月25日，美國航宇局宣布，將在2016年啟動耗資10多億美元的名為OSIRIS-REx的太空探測計劃，發射一艘機器人飛船，并在4年以后抵達一顆被稱為1999RQ36的近地小行星，收集星面塵埃，然后于2023年返回地球。科學家屆時將對樣本物質進行仔細分析研究，以便找到關于地球生命起源的線索。實際上，這一探測計劃的實施，還有其他方面的考慮和收獲。

探測小行星的緣由

小行星也是太陽系家族中的一類成員，同樣圍繞著太陽運轉，只是體積特小而已。它們絕大多數分布在火星與木星軌道之間，平均距離太陽為2.77個天文單位，即4.14億千米，被稱為小行星帶。2010年8月中旬媒體報道，天文學家在海王星前后的兩個拉格朗日區都發現了一些小行星。在那里太陽和海王星的引力相抵消，小行星始終保持著與海王星不變的距離繞日運行。此外，位于八大行星外面的柯伊伯帶中也有一些小行星圍繞太陽運動。其余的小行星穿越大行星軌道繞太陽公轉，有些則到達地球附近，就被稱為近地小行星。

小行星是太陽系在大約46億年前剛剛形成時所產生的大塊碎片。科學家長期以來一直把小行星視為知識的寶庫，認為其儲藏著關于太陽系形成以及生命起源的信息。正因如此，人類掌握航天技術以后，就發射太空望運鏡對小行星進行觀測和發射航天器對其就近進行探測。前者如“哈勃”空間望遠鏡，曾發現小行星帶中的最大天體“谷神”星儲有大量水冰，其擁有的淡水量比地球淡水還多。后者如“蘇梅克”號飛船，曾對名為“愛神”的小行星進行了近一年時間的環繞飛行探測，最后成功著陸其表面并繼續開展了16天的探測工作，獲得了大量數據資料。再如美國2007年發射的“黎明”號探測器目前正在飛近小行星帶中的“灶神”星，不久即將對其開展繞飛探測，2015年還要探測“谷神”星。

OSIRIS-REx計劃的首席科學家邁克爾·德雷克說，通過望遠鏡進行的針對1999QR36的調查結果顯示，這顆小行星上擁有富含碳元素的物質，而這樣的物質是構成生命的基礎。當地球處于年輕階段時，小行星撞擊了我們的星球，可能帶來了一些化合物。這些物質后來結合起來，形成了第一批組成生命的分子。機器人飛船在抵達這顆小行星并進入繞飛軌道之后，將開始進行長達幾個月的細致調查，以便找到合適的著陸地點。在確定著陸點后，飛船將與1999RQ36自轉速度同步飛行，然后釋放一臺探測器至小行星表面，與之接觸5秒鐘的時間，僅是短暫的親吻。在此期間，一股氣體將把塵土吹入一個收集器內。該收集器將被飛船送回地球，降落在美國猶他州的沙漠中。它能容納近5磅重的物質，足夠科學家研究幾十年。飛船上一個高分辨率的攝像機將把整個采樣過程記錄下來，使地球上的太空迷們能夠親眼目睹樣本是怎樣收集的。日本2003年5月發射的“隼鳥”號探測器，雖然用大體相同的方法“親吻”了“絲川”小行星，并于2010年6月返回地球，降落在澳大利亞的沙漠中，但由于制導系統出了問題，不僅推遲了回歸時間，而且未采集到樣本。

2011年7月9日拍攝的小行星“灶神”的立體圖像

OSIRIS-REx計劃徽標

“愛神”小行星

更應關注近地小行星

值得關注的是，近地小行星中有的軌道與地球軌道交叉，就有可能撞上地球，有的軌道離地球軌道很近，也可能被地球引力捕獲而招來麻煩。天文學家的計算表明，直徑10千米的近地小行星與地球撞擊的概率約為每10萬年一次。事實上，地球已多次遭遇小行星的襲擊。科學家研究認為，6500萬年前一顆直徑約幾千米的小行星撞擊地球，造成了恐龍和三分之二其他物種的滅亡。1500萬年前一顆直徑1千米的小行星撞擊地球的痕跡是衛星從太空觀察到的，衛星照片顯示其地點就位于現在的德國中部，那里有深達700米以上的巨大坑洞。造成一定危害的小行星最近一次撞擊地球是通古斯事件。1908年6月30日發生在俄羅斯西伯利亞的這次災難性爆炸，是有史以來人類親眼目睹的電掣般的天地之吻。同樣，彗星也曾撞擊過地球。有些科學家認為，地球上的水就是彗星帶來的。

目前世界上很多國家都在從事對近地小天體的觀測活動，并在不斷取得實質性的進展。從打贏保衛地球預防戰先要做好前哨偵察工作的角度講，當前已獲得了明顯成果。2010年7月29日，數名科學家指出，一顆編號為1999RQ36的小行星最有可能于2182年9月24日撞擊地球。這顆直徑為560米的小行星撞擊地球的概率盡管僅為1/1800，但已引起了科學家的關注。美國行星學家克拉克·查普曼說，這個尺寸意味著一旦它撞上地球，就相當于數百枚大核彈同時爆炸，即便不會毀滅地球所有文明，也將造成大規模的破壞及物種滅絕。美國航宇局為此已提出了應對計劃，如果該計劃獲準，美國將于2016年發射探測器，用3年左右的時間飛抵1999RQ36，對其表面進行測繪，并登陸采集樣本后返回地球，以深化人類對它的形狀和組成的認識。有專家稱，任何試圖將1999RQ36轉向以拯救地球的措施，必須提早100年開始行動才有成功的機會。這也就是說，為迎戰1999RQ36小行星采取的系列舉措最遲也得于2082年付諸實施。OSIRIS-REx計劃就是在這種背景下出臺的。

阻止天敵入侵的幾種方案

為了防止1999RQ36等近地小行星襲擊人類搖籃的發生，切實打好地球保衛戰，從實際情況出發，行之有效的途徑就是運用航天技術對其予以迎頭痛擊或將其制服。雖然1999RQ36對地球的實際威脅還有一段時間，但人類必須從現在開始就把已經認識到的可用措施不斷地加以完善并逐步予以落實。人無遠慮，必有近憂。凡事預則立，不預則廢。這些至理名言，用在防止無情天體親吻地球的重大問題上是最好不過了。關于實戰的可行措施，目前科學家們已提出了三種方案。

“黎明”號探測器

“黎明”號探測器收集來自“灶神”星的光譜數據

1993年8月“伽里略”號探測器拍攝的寬56.3千米的小行星“艾達”

“隼鳥”號探測器

第一種方案，就是用航天技術運載核武器將天外不速之客擊得粉身碎骨。這一創意最早是由美國氫彈之父泰勒博士提出來的，而逐漸被科學家們所認可。具體做法就是提前發射宇宙飛船，將核裝置運載到正沖向地球的小天體上引爆，將其炸碎，拒敵于安全距離之外，確保地球無虞。當然，一次未達預期目的，可進行多次攔擊，務期必克。打好地球保衛戰，關系到地球生物生死存亡尤其是人類本身的可持續發展問題，科學家們想到動用航天和核能兩大高新技術以達到預期的目的，乃是歷史發展的必然選擇。這種辦法對結構比較松散的彗星更為適宜，對小行星1999RQ36就較費勁。

第二種方案，就是用核武器迎擊來襲天體改變其運行軌道。這是英國三人專家小組提出的舉措。他們計劃設計一種武器系統，使一系列核彈頭在奔向地球的小天體的一側爆炸，利用爆炸釋放的能量和產生的強中子輻射，打掉小天體表面的一部分，使其重心偏移，從而改變運行軌道，最終躲開地球運行。英國核武器研究機構的科學家正與其歐洲同行探討如何實施這一技術良策。為該小組提供咨詢的高級武器專家奈杰爾·霍洛韋說，要使直徑為1千米～2千米的小行星改變軌道，需要使用相當于10萬顆投放廣島原子彈的核彈頭即20億噸TNT的能量。科學家們普遍認為，此種辦法相對耗費能量較少，對小行星來說比第一種方案更切實可行。1999RQ36的直徑尚不到1千米，核彈頭能量還可小一些。

第三種方案，就是在即將威脅地球的小行星上安放動力裝置改變其運行軌道。這是近幾年來科學家們才提出的一項措施。具體實施途徑可以歸納為兩種，其共同點是都需要發射機器人飛船或載人航天器攜帶必備的相應動力裝置在小行星上實現軟著陸，并由機器人或航天員進行技術操作。一種是在小行星的適當位置安放并固牢核火箭發動機系統，并點火讓其工作一定的時間，用它產生的反作用力，推動小行星脫離原來的運行軌道，從而避免撞向地球。另一種是在小行星上選擇合適位置安裝太陽帆并將其展開，使帆面盡量垂直太陽光，以便能夠最大限度地接受太陽光子反射所產生的壓力。在這種壓力的較長時間的作用下，小行星也會逐漸改變運行方向，最終將與地球相望而過，避免兩者接觸。由于彗星彗核結構不如小行星那樣結實，這種方案不太適用于彗星。對1999RQ36來講，就較為合適。

“魯特西亞”小行星

小行星撞地球

從發展的觀點來看，對付類似1999RQ36的天外殺手，可選擇的方案還有用激光武器摧毀危險的目標，發射反物質使入侵者在猛烈的湮滅反應中炸毀，在月球上建立基地監視來襲天敵并提前發射攜帶核彈頭的航天器予以攔截等。理論上講，上述辦法都可能做到，但就目前而言，技術上尚難實現。隨著科學技術的飛速發展，將來還可能提出更為新穎有效的措施，只是現在難以準確預言。

人們既然認識到了天體可能入侵的危害，并已初步掌握了可行的技術防范手段，就應該結束不為地球設防的歷史。這就是已達到當前文明程度的人類從研究地理和探索太空今昔狀況的對比中以及科學地預測未來所得出的必然結論。

為登陸小行星做準備

與實現第三種方案有關的一個好消息是，美國航宇局正在計劃2025年前發射獵戶座太空船載人登陸小行星。這種飛船的制造商洛克希德·馬丁公司已經拿出一項派遣兩位航天員持續半年時間探索小行星的代號為“移民石”的計劃。獵戶座原本是為運送航天員重返月球而設計的，在美國擱置登月計劃后，它被當作國際空間站的救生船繼續研制，現已具備登陸小行星所需的絕大多數要求。派遣載人航天器造訪小行星，不僅是美國火星登陸任務的一項寶貴技術測試及演習，還將有助于科學家們為應對小行星撞擊地球制定計劃，即為實現上述方案尤其是第三種方案提供借鑒。航天員成功軟著陸小行星，可以直接了解對方的實際情況，幫助科學家們加深對該類天體的認識，從而讓他們能夠更好地選擇和完善迎戰威脅地球安全的小行星的具體方案。登陸小行星的成功經驗，也是對第三種方案實施的可行性的有效驗證。這種飛行方式為必要時的載人操作開通了路徑，比將來派遣機器人登陸威脅地球的小天體安裝動力裝置更為可靠。即便是以后用機器人去完成該項重要任務，也可由此增強準備工作的針對性。

換一個角度講，讓機器人飛船就近探測、登陸采樣1999RQ36小行星，并最終返回地球，也是為美國實施派人登陸小行星做準備的。根據美國總統奧巴馬2010年4月宣布的要在2020年至2025年派遣航天員訪問小行星的計劃，為了避免攜帶太多的生活用品，載人飛船往返飛行時間不超過6個月，為了地面天文望遠鏡能夠觀看到小行星，星體直徑不能小于50米。據此只有2009QS5、1999AQ10、3003SM84三顆小行星符合條件。盡管已有這三個候選目標，但美國航宇局目前還沒有最終決定登陸哪顆小行星。問題是上述三顆小行星直徑僅為50米～100米，幾乎沒有重力，且快速自轉，還會產生離心力，給飛船登陸其表面和航天員出艙行走都造成很大困難。為了解決這些難題，美國航宇局對獵戶座飛船和航天員將采取一些特殊的措施。顯而易見，讓宇宙飛船運載機器人登陸1999RQ36小行星，可以驗證未來飛船載人登陸小行星技術，并為其改進提供借鑒。登陸小行星比登陸月球要艱難得多，不僅因為前者比后者更為遙遠，還因為兩者體積大小差別過于懸殊。在這種情況下，用機器人進行探路，無疑是一種上乘方案。將來航天員登陸小行星成功，在表明載人航天技術又邁上一個新的臺階的同時，還為載人訪問火星積累了經驗。這也是美國政府決心暫時放棄載人重返月球計劃的主要原因。

綜上所述，不難看出，美國實施機器人飛船探測小行星計劃，將是一舉多得的做法。

“隼鳥”號探測器的返回艙