北京卫星环境工程研究所龚自正等在《科学通报》发表综述文章《小行星监测预警、安全防御和资源利用的前沿科学问题及关键技术》,对该领域的国际研究趋势进行系统性论述,并着重解析了我国的研究短板,提出了下一步的发展建议。
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pixabay/mohamed_hassan
小行星撞击地球事件在历史上经常发生,多次导致地球环境灾变和生物灭绝,是可能导致人类毁灭的重大潜在威胁之一,也是国际社会普遍关注的热点问题。同时,近地小行星是近期太空探索与资源开发利用最有价值的目标之一,也是远期太空探索的“天然跳板”;是人类增进与展示新技能的试验场,是太空航海时代大国开疆拓土、争取战略资源、竞相抢占的“太空岛屿”,必将引领、催生地月经济圈、地外天体采矿、太空制造等太空经济全产业链发展,开辟航天事业新时代。
开展小行星研究,将深化人类对太阳系和宇宙乃至生命起源与演化等最根本、最前沿科学问题的认识,具有重大的科学意义。小行星撞击地球的防御问题,也是国际宇航界面临的重大技术挑战之一,与国家安全密切相关,是大国必争的战略和技术制高点。开展近地小天体监测预警防御研究,在攸关全球安危的重大事件面前掌握自主决策权,履行大国义务、体现大国担当,不仅是树立、提升我国负责任大国形象、争夺我国在国际航天事务中的主导权和话语权的必须举措,而且是人类保护自身生存与发展的必然选择,是构建人类命运共同体的重要体现。因此,其重要性、必要性和迫切性不言而喻。
小行星撞击地球的过程示意图
在小行星监测预警领域,国际现状是:地基监测预警系统起步早,相对成熟;天基监测预警系统已有在轨任务,但整体起步晚。由于地基监测系统尚存缺陷,主要是全球南北分布不均,且易受日光影响,无法做到全空域监测预警,目前的发展趋势是与天基观测预警系统结合,互为补充。
美国和欧空局都对小行星监测项目提出了相对明确的任务目标。比较之下,国内在该领域与国外差距较大。我国地基观测设备口径小、数量少、站址单一、探测能力有限,目前只能对亮于20星等的近地天体(相当于直径300 m以上的小天体)进行监测,也仅能对少量近地天体进行碰撞预警。天基观测项目尚处于论证阶段。总体上,缺少有效的观测网络进行完备监测,无法实现系统样本的预警和预报。
在小行星安全防御领域,国际现状是:对几乎所有防御技术,尤其是可行性最高的核爆、动能撞击技术进行了深入研究,针对特定高撞击风险的小行星,研究、设计了多项防御任务,在研究成果积累、基础设施完善、研究队伍培养等方面等都打下了坚实基础。
目前呈现两个发展趋势:一是有针性地推进核爆、动能撞击等较成熟防御技术在轨演示验证,同时结合深空探测、空间碎片移除等领域需求对共性的关键技术进行攻关和开展地面及在轨演示验证。二是以提高防御效能,降低工程实施难度为目的,从单一防御技术方案向组合防御技术方案发展。针对不同防御手段各自的局限性和优点,通过取长补短、优势互补,尝试设计不同防御手段的组合防御方案。
我国在该领域差距明显,具体表现为:1)研究基本上停留在概念研究和纸面方案设计阶段,在国际上没有发言权和影响力;2)研究多为各相关单位自发行为,工作过于零星、分散,缺乏统一的部署规划;3)基础设施短缺,研究基础十分薄弱,没有代表性的团队;4)尚无针对特定PHA防御的宇航任务设计和实施计划,尚不能为可能会发生的小行星撞击威胁提供防御决策咨询。
在小行星资源利用领域,由于小行星资源开发价值日益凸显,围绕其展开的新一轮国际太空竞争热潮正暗流涌动。但是由于其处于起步阶段,工程难度巨大,开展国际合作和商业化是大势所趋。
相比而言,我国和国外差距较大,主要表现在:1)还没有明确的小行星探测计划。2)功利性较强、规划性较差,往往是任务牵引取代了科学牵引,任务后的科学成果不显著。3)对小行星探测、监测数据库的建设和数据发布、科普重视不够、能力不足。
我国正在从航天大国走向航天强国,在小行星监测预警安全防御资源利用相关问题上应该有大国思维,有长远眼光;应该做好顶层规划,同时整合现有资源;应尽快明确小行星监测预警、安全防御和资源利用政府管理部门,尽快组建我国相应专家组;系统部署、开展关键技术攻关、基础设施建设、宇航任务设计与实施;坚持工程和科学目标相结合并积极推动科普教育。
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