近地小行星撞擊風(fēng)險應(yīng)對戰(zhàn)略研究 - 副本

一、前言在天文學(xué)上，將軌道近日點距離在1.3AU（1AU=1.496×108

km）以內(nèi)的小行星稱為近地小行星（NEA）。截至2022年3月7日，已發(fā)現(xiàn)的NEA共有28464顆，其中直徑大于140m的有10024顆，直徑大于1km的有887顆，具有潛在危險的有2263顆。NEA亮度暗弱、分布廣泛、難以發(fā)現(xiàn)，運動軌道易受大行星牽引而改變；可能與地球交會，撞擊地球具有一定的突發(fā)性。在歷史上，NEA撞擊地球事件頻發(fā)。地球上發(fā)生過22次不同程度的生物滅絕事件，至少10次是由NEA撞擊地球所致。2013年2月15日，一顆直徑約為18m、質(zhì)量約為7000t的NEA以18.6km/s的速度在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克地區(qū)約30km高空爆炸，造成了人身傷害和財產(chǎn)損失。僅在2021年，全球發(fā)生NEA飛掠地球事件約1600次，觀測到29顆NEA進(jìn)入地球大氣層；我國的河南省駐馬店市等地也發(fā)生了火流星事件。NEA飛向地球，在大氣層會發(fā)生空爆，撞擊到地表可能引發(fā)地震、海嘯、火山爆發(fā)，還可能導(dǎo)致全球氣候環(huán)境災(zāi)變，甚至造成全球性生物滅絕和文明消失；作為人類長期面臨的重大潛在威脅，需要世界各國聯(lián)合應(yīng)對；也給國際航天界、天文界等領(lǐng)域帶來了重大科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)。關(guān)于NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對，國際上一般稱為行星防御。1994年彗–木撞擊事件、2013年俄羅斯車?yán)镅刨e斯克NEA撞擊事件，都促使相關(guān)問題得到國際社會的普遍重視，如聯(lián)合國和平利用外層空間委員會（UNCOPUOS）、政府、非政府3個層面都成立了行星防御組織，積極開展應(yīng)對工作。1995年，聯(lián)合國首次召開“預(yù)防近地天體撞擊地球”國際研討會。2014年，在UNCOPUOS框架下成立國際小行星預(yù)警網(wǎng)（IAWN）、空間任務(wù)規(guī)劃咨詢小組（SMPAG）。2016年，聯(lián)合國大會將每年的6月30日定為國際小行星日，以引導(dǎo)公眾更多了解NEA對地球的潛在威脅。2009年起，國際宇航科學(xué)院、聯(lián)合國外空司定期舉辦國際行星防御大會（PDC）。在政府層面，美國成立了行星防御協(xié)調(diào)辦公室（PDCO）（2016年），發(fā)布了《國家近地天體應(yīng)對戰(zhàn)略及行動計劃》（2018年），旨在提升NEA的發(fā)現(xiàn)、跟蹤、表征能力并發(fā)展NEA偏轉(zhuǎn)和摧毀技術(shù)，頒布了《近地天體撞擊威脅緊急協(xié)議報告》（2021年）；德國、英國、俄羅斯、日本等國家先后成立了近地天體監(jiān)測預(yù)警防御中心。相比之下，我國NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對工作起步較晚，研究工作多為自發(fā)、零星、分散，缺乏綜合性部署規(guī)劃和專門的支持渠道，導(dǎo)致基礎(chǔ)薄弱、國際貢獻(xiàn)率低、國際話語權(quán)??；與優(yōu)勢國家的差距呈現(xiàn)拉大趨勢，既不利于國家安全，也影響了在面臨NEA撞擊威脅這種攸關(guān)全球安危重大事件時的自主決策和主導(dǎo)權(quán)，與負(fù)責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)?shù)拇髧蜗螅ㄔO(shè)科技強(qiáng)國、航天強(qiáng)國的國際地位不相稱。2021年起，國家航天局聯(lián)合有關(guān)部委，啟動了我國NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對的中長期發(fā)展規(guī)劃論證工作，旨在系統(tǒng)性加強(qiáng)NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對處置能力。本文作為相關(guān)研究的先導(dǎo)內(nèi)容，剖析應(yīng)對需求、梳理現(xiàn)狀趨勢、總結(jié)面臨差距，提出發(fā)展目標(biāo)、論證體系構(gòu)成、策劃重點任務(wù)，以期為NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對相關(guān)的國家規(guī)劃制定、總體研究工作提供基礎(chǔ)參考。二、積極應(yīng)對近地小行星撞擊風(fēng)險的重要意義

（一）近地小行星撞擊危害概述NEA撞擊地球產(chǎn)生的危害程度與撞擊能量直接相關(guān)，相應(yīng)過程分為超高速進(jìn)入大氣層、撞擊地表、長期環(huán)境效應(yīng)3個階段（見圖1）。NEA以極高速度（約20km/s）進(jìn)入地球大氣層，在大氣層中形成高溫、高壓沖擊波；沖擊波向地表傳播，引起地面超壓損傷。NEA在氣動熱、氣動力耦合作用下出現(xiàn)劇烈燒蝕和解體，甚至在空中爆炸形成火球，與大氣分子電離一起形成熱輻射，進(jìn)而傳至地表造成熱輻射損傷并引發(fā)森林大火。直徑較小、結(jié)構(gòu)疏松度較大的解體碎塊，將在大氣層中燒為灰燼；直徑較大、結(jié)構(gòu)疏松度較小的解體碎塊，將穿過大氣層撞擊到地球表面，在短時間內(nèi)急劇釋放其攜帶的巨大動能。通常直徑大于60m的石質(zhì)隕石（S型）或大于20m的鐵質(zhì)隕石（M型）才能穿過地球大氣層撞擊到地球表面。圖1NEA撞擊地球的過程與危害示意圖NEA撞擊地表后，撞擊區(qū)域的材料瞬間經(jīng)歷溫度從300K到105

K、壓強(qiáng)從0.1MPa到10TPa、應(yīng)變率高達(dá)108

/s的極端狀態(tài)，發(fā)生破碎、熔化、氣化乃至等離子體化相變，產(chǎn)生撞擊坑。NEA撞擊會引起地表巖石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（產(chǎn)生各種氣體），可能將地表部分物質(zhì)、塵埃拋向空中（產(chǎn)生反濺碎片云），相應(yīng)的沖擊波可誘發(fā)強(qiáng)烈地震。這些氣體、塵埃和灰燼將彌漫充斥整個大氣層（遮住陽光），特殊情況下可使地表的年平均溫度下降2~5℃，影響長達(dá)百萬年。NEA對海洋的直接撞擊，會激起數(shù)百米高的巨浪，引發(fā)強(qiáng)烈的海嘯與地震、大量的海水蒸發(fā)/濺射；海底沉積物與巖石粉塵拋射到平流層中并滯留，海洋中大量生物死亡。NEA撞擊地球是一個物理–力學(xué)–化學(xué)強(qiáng)耦合過程。需要開展超高速進(jìn)入和撞擊實驗，結(jié)合數(shù)值模擬與理論分析，才能建立有關(guān)進(jìn)入大氣、撞擊地表過程及效應(yīng)的準(zhǔn)確模型，這是國際性的重大前沿和難點問題。然而相比其他參數(shù)，NEA直徑較易獲得，NEA質(zhì)量也可通過等效直徑來估算，因此國際上通常用等效直徑來表征撞擊危害。相應(yīng)危害程度主要劃分為5類：①

等效直徑為千米級，可引發(fā)全球性災(zāi)難，如6500萬年前K-T事件，該類事件發(fā)生概率為每1×108

年1次；②

等效直徑為140米級，可引發(fā)洲際性災(zāi)難，如2019OK小行星事件，該類事件發(fā)生概率為每1000年1次；③

等效直徑為50米級，可引發(fā)大型城市級災(zāi)難，如1908年俄羅斯通古斯事件，該類事件發(fā)生概率為每100年1次；④

等效直徑為10米級，可引發(fā)小城鎮(zhèn)級災(zāi)難，如2013年俄羅斯車?yán)镅刨e斯克事件，該類事件發(fā)生概率為每30~50年1次；⑤

等效直徑為米級，大多產(chǎn)生空爆并出現(xiàn)火流星現(xiàn)象，如2021年河南省駐馬店市火流星事件，該類事件頻繁發(fā)生。對撞擊事件的統(tǒng)計表明，NEA的撞擊落點在地球表面是均勻分布的。（二）近地小行星撞擊風(fēng)險分析撞擊風(fēng)險指撞擊地球的概率與撞擊所致危害的乘積，評估NEA撞擊風(fēng)險通常涉及都靈風(fēng)險指數(shù)、巴勒莫風(fēng)險指數(shù)：前者采用11個整數(shù)（0~10）將風(fēng)險等級劃分為5種，對應(yīng)不同的撞擊概率及危害；后者由撞擊概率、距離發(fā)生撞擊的時間、撞擊能量等計算獲得。為進(jìn)一步明晰相關(guān)指數(shù)的物理意義，有研究將人員傷亡估算引入NEA撞擊風(fēng)險評估中，建立了基于撞擊概率、撞擊事件類型和預(yù)警時間，可給出撞擊導(dǎo)致死亡人數(shù)的定量評估指數(shù)。數(shù)據(jù)分析顯示：100年內(nèi)威脅最大的NEA是直徑約370m的編號99942小行星，預(yù)測在2029年4月14日在距離地表3.1×104

km處（高度小于GEO軌道）飛越地球，2068年再次接近地球（撞擊概率約為百萬分之七）；10年內(nèi)威脅最大的NEA是直徑約18m、編號2016NL39小行星，預(yù)計在2030年6月30日距離地球1.2×105

km處（約1/3的地月距離）飛越地球。需要指出的是，超過98%（以數(shù)量計）的NEA尚未被人類發(fā)現(xiàn)編目，可能對地球構(gòu)成嚴(yán)重威脅；如直徑140m以上的約70%、直徑50~140m的約97%、直徑10~50m的約99%的NEA未被發(fā)現(xiàn)。這些大量未被發(fā)現(xiàn)的NEA，其運動過程因受到其他大型天體引力影響而造成飛行軌道變化，撞擊威脅難以準(zhǔn)確預(yù)測，因而實際風(fēng)險較已掌握情況嚴(yán)重得多；亟需提升NEA探測水平、發(fā)展更為精確的撞擊風(fēng)險預(yù)估理論及模型。從歷史情況看，直徑1km以上NEA的撞擊事件發(fā)生概率較低，短期內(nèi)難以有效實施在軌處置防御；直徑10m以下的撞擊事件雖然頻發(fā)，但實際危害較小；因而直徑10~1000m的NEA應(yīng)是國際社會關(guān)注和應(yīng)對防范的重點對象，而直徑30~50m的NEA則是“重中之重”。國際上通常依據(jù)NEA等效直徑，將撞擊風(fēng)險和對應(yīng)的預(yù)警及響應(yīng)分為4個等級：①Ⅰ級風(fēng)險（對應(yīng)紅色預(yù)警），特別嚴(yán)重危害事件，重點對象為直徑140m以上的NEA，危害范圍為洲際級至全球；②Ⅱ級風(fēng)險（對應(yīng)橙色預(yù)警），嚴(yán)重危害事件，重點對象為直徑50~140m的NEA，危害范圍為大型城市級至洲際級；③Ⅲ級風(fēng)險（對應(yīng)黃色預(yù)警），較嚴(yán)重危害事件，重點對象為直徑20~50m的NEA，危害范圍為中小城市級至大型城市級；④Ⅳ級風(fēng)險（對應(yīng)藍(lán)色預(yù)警），一般危害事件，重點對象為直徑20m以下的NEA，危害范圍為城鎮(zhèn)級至中小城市級。（三）近地小行星撞擊風(fēng)險的應(yīng)對意義與地震、洪水等自然災(zāi)害不同，NEA撞擊地球的危害具有以下特征：一是瞬間發(fā)生的全球性災(zāi)害，在直徑50m以上特別是140m以上的NEA撞擊下，沒有國家和人員能夠幸免；二是撞擊威脅可測，只要持續(xù)提升監(jiān)測預(yù)警能力，穩(wěn)步增強(qiáng)國際合作，就可對NEA的撞擊時間、撞擊落點、危害程度進(jìn)行相對準(zhǔn)確的提前預(yù)報；三是撞擊危害可防，積極發(fā)展多手段在軌處置技術(shù)，形成一定的主動防御能力，可完全避免或顯著降低撞擊造成的損失。加強(qiáng)NEA撞擊風(fēng)險的應(yīng)對工作，具有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。一是貫徹落實總體國家安全觀不可或缺的重要實踐。NEA撞擊地球的風(fēng)險概率雖然不高，但危害極大，幾乎與國家安全體系中所有領(lǐng)域的安全密切相關(guān)；NEA撞擊地球直接威脅居民生命財產(chǎn)安全，影響經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和安全穩(wěn)定局面。穩(wěn)妥應(yīng)對NEA撞擊風(fēng)險，既是統(tǒng)籌各項事業(yè)全面發(fā)展的必然要求，也是筑牢國家安全基礎(chǔ)、推動深度融合發(fā)展的重要切入點。二是引領(lǐng)科技創(chuàng)新發(fā)展的重要動力。應(yīng)對NEA撞擊風(fēng)險，需要解決所涉及的天文學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、地學(xué)、信息科學(xué)、控制科學(xué)、航空宇航科學(xué)、法學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)與關(guān)鍵技術(shù)問題，多學(xué)科交叉特征顯著。提升相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)水平并形成體系能力，是超前布局外層空間資源開發(fā)利用、牽引新型空間技術(shù)發(fā)展的重要途徑，也是輻射帶動關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、加快建設(shè)科技強(qiáng)國、航天強(qiáng)國的應(yīng)有之義。三是推動構(gòu)建外層空間人類命運共同體的重要舉措。NEA撞擊地球事件一旦發(fā)生，人類都身在其中，應(yīng)對舉措的成效事關(guān)人類文明存續(xù)；因而做好撞擊風(fēng)險應(yīng)對、保護(hù)地球家園是人類、各國的共同責(zé)任。我國積極應(yīng)對NEA撞擊風(fēng)險，與國際社會一道保護(hù)人類安全，將彰顯負(fù)責(zé)任航天大國的良好形象，體現(xiàn)和平利用空間、增進(jìn)人類福祉的一貫宗旨，支撐構(gòu)建新型國際關(guān)系和人類命運共同體。三、近地小行星撞擊風(fēng)險應(yīng)對的國際研究態(tài)勢（一）撞擊風(fēng)險應(yīng)對流程綜合國際上有關(guān)NEA撞擊風(fēng)險研究，應(yīng)對流程可概括如下（見圖2）。①監(jiān)測預(yù)警，包括搜索發(fā)現(xiàn)、跟蹤定軌及數(shù)據(jù)更新、物性測量、撞擊風(fēng)險預(yù)報等，為撞擊風(fēng)險評估提供輸入。②撞擊風(fēng)險評估，包括依據(jù)小行星軌道及理化特性參數(shù)開展撞擊概率計算、撞擊風(fēng)險走廊預(yù)估、撞擊落點預(yù)報、撞擊效應(yīng)分析等，為在軌處置提供輸入。③在軌處置，在對危險NEA進(jìn)行預(yù)警的前提下，改變NEA軌道以避免撞擊地球，或?qū)EA分裂為碎片以避免或降低對地球的危害；包括處置任務(wù)規(guī)劃、處置方案設(shè)計、處置任務(wù)實施、處置效果評估，為開展災(zāi)害救援工作提供輸入。④災(zāi)害救援，對于未能提前預(yù)警的撞擊事件或處置不成功的撞擊事件，建立撞擊災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，開展災(zāi)害救援以降低災(zāi)害損失并恢復(fù)環(huán)境。圖2NEA撞擊風(fēng)險的通用應(yīng)對流程（二）監(jiān)測預(yù)警研究進(jìn)展NEA監(jiān)測預(yù)警方式有多種，按照觀測點位置可分為地基監(jiān)測、天基監(jiān)測，從技術(shù)原理角度又可細(xì)分為光學(xué)觀測、紅外譜段觀測、雷達(dá)探測。監(jiān)測預(yù)警主要有3類場景：①日常編目場景，通過專用的天基、地基設(shè)備，例行執(zhí)行巡天搜索以發(fā)現(xiàn)新的NEA，由精測望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行跟蹤以獲取足量數(shù)據(jù)并進(jìn)行定軌編目；②威脅預(yù)警場景，針對日常編目中20年內(nèi)撞擊概率大于1%的NEA，通過地基、天基等專用/兼用設(shè)備開展精密跟蹤，獲取精密軌道并細(xì)化評估撞擊風(fēng)險及危害；③短臨預(yù)報場景，針對進(jìn)入距地球7.5×10^6km范圍之內(nèi)，撞擊概率大于10%的NEA，開展加密跟蹤和特性測量，獲取理化特性并持續(xù)性預(yù)報撞擊區(qū)域（落點）信息。美國的NEA監(jiān)測預(yù)警項目開始于1992年（“太空衛(wèi)士巡天”項目），目前相對完整地構(gòu)建了地基為主、天基補(bǔ)充的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，是世界近地天體監(jiān)測技術(shù)的先行者和監(jiān)測數(shù)據(jù)的主要貢獻(xiàn)者；監(jiān)測發(fā)現(xiàn)體系具有不同口徑搭配、光學(xué)與雷達(dá)配合、南/北半球布局、專/兼結(jié)合等特點，國際編目貢獻(xiàn)率超過98%。例如，在日常編目方面，有11臺專用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（口徑0.5~1.8m），兼用望遠(yuǎn)鏡最大口徑為4.2m；平均每年新發(fā)現(xiàn)約1500個NEA，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫并公開發(fā)布；正在建設(shè)天基紅外望遠(yuǎn)鏡（口徑0.5m）、地基大視場巡天望遠(yuǎn)鏡（口徑8.4m），將形成監(jiān)測1AU遠(yuǎn)處直徑30mNEA的能力。歐洲航天局（ESA）2013年成立了行星防御辦公室，組織開展NEA監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、在軌處置等技術(shù)研究工作；現(xiàn)有14臺兼用望遠(yuǎn)鏡（口徑0.4~4.2m），國際編目貢獻(xiàn)率為0.88%，正在建設(shè)口徑1m的“復(fù)眼”系統(tǒng)以顯著提升搜索效率。俄羅斯2002年成立了行星防御中心，現(xiàn)有9臺專用望遠(yuǎn)鏡（口徑0.2~0.7m），但面向國際共享的監(jiān)測數(shù)據(jù)偏少（國際編目貢獻(xiàn)率為0.08%）；兼用望遠(yuǎn)鏡最大口徑2.6m，主要用于NEA特性測量；2016年投入使用的AZT-33VM大型望遠(yuǎn)鏡（直徑1.6m）可對遠(yuǎn)距離NEO進(jìn)行探測。在監(jiān)測編目的基礎(chǔ)上，美國利用地基光學(xué)設(shè)備、阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡、金石太陽系雷達(dá)等，開展有威脅NEA的精確定軌、特性測量等研究，細(xì)化評估撞擊風(fēng)險。建立的“哨兵”撞擊監(jiān)測系統(tǒng)，可分析確定新發(fā)現(xiàn)NEA的精確軌道，計算撞擊地球的概率；尋找未來100年內(nèi)可能與地球接近的NEA，及時更新并公開發(fā)布分析結(jié)果，為PDCO提供決策支持。與此同時，對于大量短期內(nèi)無法編目、可能突然接近地球的NEA，形成了良好的短臨預(yù)報能力（如2008TC3、2014AA、2018LA、2019MO等數(shù)起NEA撞擊地球事件）。地基監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)起步早、技術(shù)相對成熟，是目前的骨干設(shè)備，但在精度、效率、能力上有其難以克服的固有缺陷，無法實現(xiàn)全空域、全天時監(jiān)測預(yù)警，主要體現(xiàn)在：自身能力受大氣條件、臺站位置制約，存在太陽光照區(qū)域“死角”，僅能監(jiān)測約30%的天域；屬于“守株待兔”工作模式，到達(dá)探測數(shù)量峰值耗時長，無法在給定期限內(nèi)完成探測。天基監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具有監(jiān)測范圍廣、追蹤手段多樣、軌道預(yù)測準(zhǔn)確等技術(shù)優(yōu)勢，能夠彌補(bǔ)地基監(jiān)測系統(tǒng)的固有缺陷，成為當(dāng)前各國重點建設(shè)方向，但也面臨成本高、在軌維護(hù)困難、有效載荷配置單一等制約因素。后續(xù)，監(jiān)測預(yù)警的設(shè)備及技術(shù)發(fā)展方向表現(xiàn)為：地基為主轉(zhuǎn)向地基/天基協(xié)同，口徑進(jìn)一步加大、視場繼續(xù)拓寬，可見光向紅外、單一波段向多波段集成轉(zhuǎn)變，重視前沿技術(shù)演示驗證和軟硬件升級；形成天地一體化監(jiān)測預(yù)警能力，對直徑大于140m的NEA完成不低于90%的編目，開展直徑50米級的NEA監(jiān)測預(yù)警及編目。（三）撞擊災(zāi)害評估研究進(jìn)展美國國家航空航天局（NASA）將超高速飛行器研制所發(fā)展的空氣動力學(xué)技術(shù)拓展應(yīng)用到NEA進(jìn)入大氣層過程，建立了NEA超高速進(jìn)入大氣高溫流場、激波層輻射及燒蝕的耦合算法、進(jìn)入過程中NEA材料燒蝕及輻射效應(yīng)的地面試驗手段、NEA進(jìn)入過程激波效應(yīng)數(shù)值模擬方法，深入研究了NEA的氣動熱環(huán)境、燒蝕及沖擊波傳播問題。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室發(fā)展了模擬NEA進(jìn)入與撞擊效應(yīng)的沖擊動力學(xué)方法，研究了NEA進(jìn)入中的解體、空中爆炸以及撞擊成坑、撞擊海洋引起海嘯等問題。2017年，NASA建立了NEA進(jìn)入與撞擊風(fēng)險分析評估系統(tǒng)（PAIR），可對設(shè)定的NEA撞擊地球過程及效應(yīng)進(jìn)行定量分析，對地面人口和設(shè)施的危害開展定量評估，成為實施NEA撞擊聯(lián)合應(yīng)急桌面演習(xí)/演練的主要支撐工具。英國帝國理工大學(xué)、比利時馮卡門流體力學(xué)研究所、德國斯圖加特大學(xué)、捷克科學(xué)院等機(jī)構(gòu)研究了NEA超高速進(jìn)入過程中的解體、空中爆炸、熱輻射以及撞擊地表成坑等問題，發(fā)展了相應(yīng)的沖擊動力學(xué)仿真手段；英國科研機(jī)構(gòu)建立了NEA進(jìn)入與撞擊效應(yīng)模型，研制了NEA撞擊災(zāi)害評估軟件，提供開放使用服務(wù)。目前，NEA撞擊災(zāi)害的研究熱點及難點有：精確描述NEA撞擊地球全過程，揭示致災(zāi)與災(zāi)害演化機(jī)理，建立全過程響應(yīng)模型及災(zāi)害演化模型。①在NEA極高速進(jìn)入大氣效應(yīng)與機(jī)理方面，國際上缺乏速度大于12km/s的高溫氣體模型、地面實驗技術(shù)，NEA多孔隙、含裂紋、各向異性、幾何形貌復(fù)雜等特性進(jìn)一步增加了問題難度，數(shù)十年來研究進(jìn)展緩慢。②在NEA極高速撞擊地表效應(yīng)與建模方面，因相對速度極高（平均20km/s）、撞擊地表產(chǎn)生固–液–氣–等離子體多相混合態(tài)而成為物理–力學(xué)–化學(xué)強(qiáng)耦合過程，國際上尚不能開展此類極高速撞擊實驗；撞擊區(qū)材料處于固–液–氣多相混合狀態(tài)，描述此類狀態(tài)的寬區(qū)多相狀態(tài)方程的理論建模還不成熟。③在NEA撞擊地球的致災(zāi)機(jī)理與長期環(huán)境效應(yīng)方面，已有工作集中在沖擊波、地震、火災(zāi)、濺射物、撞擊成坑、海嘯、火山爆發(fā)等單災(zāi)種，而撞擊引發(fā)的各災(zāi)種耦合效應(yīng)研究未有開展，撞擊后的災(zāi)害長期演化研究存在空白。（四）在軌處置研究進(jìn)展在軌處置研究始于20世紀(jì)80年代，已經(jīng)形成較完整的技術(shù)體系，重點發(fā)展兩類手段：以動能撞擊為主的瞬時作用方式，已開展在軌演示驗證任務(wù)；激光燒蝕、拖曳、引力牽引等長期作用方式，尚處于概念探索階段。美國2005年成功實施“深度撞擊”任務(wù)，質(zhì)量為370kg的銅制撞擊器在飛行4.3×108

km后以10km/s的相對速度撞擊坦普爾1號彗星彗核，驗證了動能撞擊防御小行星的技術(shù)可行性。NASA、ESA聯(lián)合開展了“小行星撞擊偏轉(zhuǎn)評估計劃”（AIDA），旨在進(jìn)一步在軌驗證動能撞擊防御技術(shù)。AIDA項目中的“雙小行星重定向測試”（DART）任務(wù)由NASA負(fù)責(zé)實施，已于2021年11月24日成功發(fā)射；計劃在2022年9月，采用質(zhì)量為550kg的撞擊器以6.6km/s相對速度撞擊距離地球1.1×107

km遠(yuǎn)的雙小行星（編號65803）中較小的B星（直徑160m），撞擊后預(yù)估B星出現(xiàn)約0.4mm/s的速度變化，繞轉(zhuǎn)周期則縮短約10min；隨后采用地面光學(xué)設(shè)備、伴飛小衛(wèi)星（撞擊前10天釋放）開展聯(lián)合觀測，對抵近探測、動能撞擊、效能評估等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行演示驗證。ESA承擔(dān)對撞擊效應(yīng)及效果進(jìn)行抵近測量與評估任務(wù)，相應(yīng)的伴飛小衛(wèi)星擬于2024年發(fā)射、2026年繞飛撞擊后的小行星，可更精確地評估動能撞擊效果并修正動能撞擊偏轉(zhuǎn)模型。在軌處置研究趨勢主要有：進(jìn)一步在軌驗證動能撞擊偏轉(zhuǎn)技術(shù)的有效性，完善處置–評估一體化技術(shù)；發(fā)展激光燒蝕偏轉(zhuǎn)、拖曳等新型技術(shù)，從概念研究向關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)邁進(jìn)；全面分析并評價單一處置技術(shù)對各類目標(biāo)的適用性、效能及成本，開展多手段協(xié)同的高效處置方案設(shè)計；綜合在軌與地面演示驗證，加速小行星防御能力的實用化進(jìn)程。四、我國近地小行星撞擊風(fēng)險應(yīng)對的基本情況（一）整體進(jìn)展我國小行星防御領(lǐng)域研究起步較晚，2000年起依托國家國防科技工業(yè)局“空間碎片專項科研”，才陸續(xù)形成空間碎片監(jiān)測預(yù)警及清除等共性技術(shù)和設(shè)備，為開展NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)積累。2018年召開了以“小行星監(jiān)測預(yù)警、安全防御和資源利用的前沿科學(xué)問題及關(guān)鍵技術(shù)”為主題的第634次香山科學(xué)會議，聚焦研討小行星安全防御問題。2018—2020年，組織召開了3屆“全國行星防御研討會”。2019年，“近地小天體調(diào)查、防御與開發(fā)問題”入選中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會第21屆年會發(fā)布的20個對科學(xué)發(fā)展具有導(dǎo)向作用、對技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新具有關(guān)鍵推動作用的重大前沿科學(xué)問題和工程技術(shù)難題。2021年10月，第一屆全國行星防御大會順利召開，共有300多名代表參會。2020年，國家航天局牽頭組建專家組，針對NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對問題開展方案論證工作。2021年4月，國家航天局表示，中國航天將論證實施探月工程四期、行星探測工程、國際月球科研站、NEA防御系統(tǒng)，由此啟動新時期我國探索九天的新序章。2021年，國家航天局牽頭論證制定我國NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對中長期發(fā)展規(guī)劃?！?021中國的航天》白皮書提出論證建設(shè)近地小行星防御系統(tǒng)。可以認(rèn)為，2021年是我國全面開展行星防御業(yè)務(wù)架構(gòu)、機(jī)制流程、體系能力建設(shè)的肇始之年。

（二）技術(shù)研究與對外合作情況在地基觀測方面，中國科學(xué)院紫金山天文臺的1m口徑望遠(yuǎn)鏡是我國僅有的1臺NEA監(jiān)測專用設(shè)備（位于江蘇省淮安市盱眙縣，臺站編號D29），已加入國際聯(lián)測網(wǎng)并支持日常編目工作，可監(jiān)測直徑300m以上的NEA；至2021年共發(fā)現(xiàn)33顆NEA，國際編目貢獻(xiàn)率為0.13%。我國另有32臺望遠(yuǎn)鏡（口徑1m以上）也可兼顧NEA監(jiān)測。在天基觀測方面，我國還沒有在軌服役的天基監(jiān)測預(yù)警裝備。我國提出的構(gòu)建天基異構(gòu)星座的NEA普查與定位系統(tǒng)（CROWN）方案，擬在距太陽0.6~0.8AU的類金星軌道上部署數(shù)顆小衛(wèi)星（含1顆搭載窄視場光學(xué)–紅外望遠(yuǎn)鏡的機(jī)動主星、多顆搭載寬視場光學(xué)波段望遠(yuǎn)鏡的微小衛(wèi)星）；衛(wèi)星星座，視場、分辨率、靈敏度、巡天模式、星上計算等多個層面均采取異構(gòu)設(shè)計，由此形成普查與詳查相結(jié)合的天基任務(wù)模式。我國學(xué)者還提出了地球領(lǐng)航軌道天基監(jiān)測預(yù)警遠(yuǎn)望鏡任務(wù)概念，通過在地球前方或后方約1×107

km處部署天基望遠(yuǎn)鏡，為彌補(bǔ)地基監(jiān)測盲區(qū)、預(yù)警來自白天方向的NEA提供了可行方案。我國迄今沒有自行建立小行星數(shù)據(jù)庫。在撞擊災(zāi)害評估方面，我國開展了基于觀測數(shù)據(jù)的NEA物理–化學(xué)特性及其統(tǒng)計分布規(guī)律研究，先期探索了部分關(guān)鍵技術(shù)和地面縮比試驗方法；研究了NEA進(jìn)入地球大氣層的氣動熱環(huán)境、燒蝕、沖擊波、地面成坑及反濺碎片云問題，發(fā)展了NEA撞擊陸地與海洋的數(shù)值仿真方法，初步建立了NEA進(jìn)入大氣層、撞擊地表效應(yīng)的分析評估模型。開展了動能撞擊偏轉(zhuǎn)小行星動量傳遞規(guī)律的建模與仿真、基于激光燒蝕驅(qū)動移除空間碎片地面試驗及半物理仿真系統(tǒng)的激光偏轉(zhuǎn)防御技術(shù)可行性等研究，在動能撞擊方面具備基本的效能評估能力。提出了“以石擊石”、“末級擊石”等加強(qiáng)型動能撞擊防御方案構(gòu)思，為防御大尺寸潛在威脅NEA提供了除核爆之外的新選項；開展了核爆防御NEA的作用機(jī)理數(shù)值仿真，獲得了不同核爆條件下的NEA偏轉(zhuǎn)規(guī)律，同時開展了典型核設(shè)施在NEA撞擊條件下的安全評估分析。我國高度重視NEA防御的國際合作，近年來在該領(lǐng)域的參與度穩(wěn)步提高。2018年，亞太空間合作組織理事會批準(zhǔn)了亞太空間科學(xué)天文臺項目，擬在8個正式成員國（含中國）分別部署1臺小口徑望遠(yuǎn)鏡，開展NEA監(jiān)測預(yù)警研究。2019年，中國科學(xué)院和高校所屬的盱眙站、長春站、新疆站、威海站，參與了1999KW4小行星國際聯(lián)合觀測。此外，對于行星防御領(lǐng)域的法律法規(guī)，因涉及防御的合法性、責(zé)任、義務(wù)、決策機(jī)制等寬泛內(nèi)容，我國相關(guān)研究尚處于起步階段。（三）發(fā)展面臨的迫切問題一是NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對的頂層設(shè)計缺乏。我國尚未形成該領(lǐng)域的頂層規(guī)劃與系統(tǒng)設(shè)計，對應(yīng)的組織體系、流程機(jī)制、各個環(huán)節(jié)的工作責(zé)任主體尚未明確。二是專用監(jiān)測設(shè)備與信息平臺缺乏。目前僅有1臺專用望遠(yuǎn)鏡，只能監(jiān)測直徑300m以上NEA（亮度相當(dāng)于絕對星等20），不具備NEA軌道編目能力；尚未自主建立NEA信息平臺，無法匯聚數(shù)據(jù)并開展預(yù)警業(yè)務(wù)，監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)依賴國際公開平臺。三是相關(guān)科學(xué)研究與技術(shù)儲備不足。對于NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對的科學(xué)與技術(shù)問題，系統(tǒng)梳理、體系布局、深化研究均有待開展，且當(dāng)前重技術(shù)、輕科學(xué)的研究傾向突出；在軌處置技術(shù)基本上處于概念研究階段，撞擊災(zāi)害評估與在軌處置研究深度、廣度均不足，撞擊災(zāi)害評估與在軌處置全過程仿真模擬平臺未能建立，無法支持開展全過程演習(xí)/演練。四是行星防御領(lǐng)域的國際貢獻(xiàn)率低、話語權(quán)小。受限于NEA監(jiān)測設(shè)備和技術(shù)能力，國內(nèi)機(jī)構(gòu)向國際社會提供的觀測數(shù)據(jù)較少，沒有形成與我國國際地位相匹配的影響力。尤其在相關(guān)國際規(guī)則研究與制定方面，未能積極發(fā)聲，缺少話語權(quán)，與我國負(fù)責(zé)任航天大國形象不符。五、我國近地小行星撞擊風(fēng)險應(yīng)對處置體系與重點任務(wù)（一）應(yīng)對處置體系發(fā)展目標(biāo)結(jié)合國情、體現(xiàn)共性，按照“夯基礎(chǔ)、補(bǔ)短板、挖潛力、強(qiáng)體系、上水平”的原則，穩(wěn)步發(fā)展我國NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對處置體系。國際前沿的研究水平與保障有力的業(yè)務(wù)能力并重，以此為核心目標(biāo)開展處置體系構(gòu)建；實施小行星天地協(xié)同監(jiān)測網(wǎng)、在軌處置演示驗證系統(tǒng)、重大災(zāi)害救援系統(tǒng)等重大工程，形成“監(jiān)測精準(zhǔn)、預(yù)警可靠、處置有效、救援有力”的行星防御能力。在近期（2025年前），重點構(gòu)建NEA監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，具備直徑140米級NEA自主發(fā)現(xiàn)與持續(xù)編目能力，提升我國的國際編目貢獻(xiàn)率；完成動能撞擊等在軌處置關(guān)鍵技術(shù)研究，擇機(jī)開展在軌處置技術(shù)演示驗證；初步建立特種災(zāi)害救援力量體系，提升災(zāi)害救援先進(jìn)適用裝備的供給能力；建立國內(nèi)應(yīng)對工作機(jī)制與國際合作機(jī)制。在中期（2030年前），重點提高在軌處置能力，建立天地協(xié)同的監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)；具備直徑50米級NEA自主發(fā)現(xiàn)與持續(xù)編目能力，建設(shè)以自主數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的NEA數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步提升我國的國際編目貢獻(xiàn)率；開展動能撞擊等處置技術(shù)及處置效果評估的在軌演示驗證，形成直徑50米級NEA的在軌處置技術(shù)能力；常態(tài)化開展聯(lián)合演習(xí)/演練，提升特種災(zāi)害救援綜合能力。在遠(yuǎn)期（2035年前），全面提升體系應(yīng)對能力，建成全面可靠的監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)；具備直徑30米級NEA自主發(fā)現(xiàn)與持續(xù)編目能力，我國的編目貢獻(xiàn)率達(dá)到國際先進(jìn)水平；深化處置技術(shù)在軌演示驗證，具備直徑50米級NEA的多手段在軌處置技術(shù)能力；顯著提升復(fù)合型巨災(zāi)應(yīng)急救援綜合實力，著力構(gòu)建行星防御領(lǐng)域人類命運共同體。（二）應(yīng)對處置體系構(gòu)成按照NEA撞擊風(fēng)險的應(yīng)對處置流程，應(yīng)對處置體系主要分為決策指揮層、組織協(xié)調(diào)層、執(zhí)行層（見圖3）；成立專家委員會支撐各層級技術(shù)工作，制定工作機(jī)制并規(guī)范流程，形成科學(xué)的層級工作程序。決策指揮層負(fù)責(zé)防范NEA撞擊相關(guān)重大事項決策。組織協(xié)調(diào)層負(fù)責(zé)資源協(xié)調(diào)與任務(wù)規(guī)劃，例行開展常規(guī)工作。執(zhí)行層負(fù)責(zé)防范決策的具體實施，涉及監(jiān)測預(yù)警、在軌處置、災(zāi)害救援、國際合作等主要方面：①

開展常態(tài)化監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)NEA撞擊威脅后實施應(yīng)急監(jiān)測，及時判明風(fēng)險、通報預(yù)警信息，為在軌處置提供預(yù)警數(shù)據(jù)和輸入；②評估NEA撞擊危害、制定處置方案，實施在軌處置任務(wù)，評估處置效果；③在平時做好應(yīng)急準(zhǔn)備，得到預(yù)警、危害評估信息后啟動實施應(yīng)急救援，在撞擊事件發(fā)生后進(jìn)行緊急恢復(fù)；④參與國際聯(lián)測/聯(lián)防/聯(lián)援并交換共享數(shù)據(jù)，國際相關(guān)政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)制定，提出發(fā)揮我國影響力的NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對國際研究計劃等。

圖3我國NEA撞擊風(fēng)險的應(yīng)對處置體系構(gòu)成（三）應(yīng)對處置體系重點建設(shè)任務(wù)

1.監(jiān)測預(yù)警建設(shè)重點在于天地一體化監(jiān)測系統(tǒng)和綜合服務(wù)平臺。按照“天地協(xié)同、能力互補(bǔ)、場景驅(qū)動、業(yè)務(wù)運行”基本思路，構(gòu)建精準(zhǔn)預(yù)警、常態(tài)運行的天地一體化協(xié)同監(jiān)測預(yù)警體系。立足現(xiàn)有地基設(shè)備基礎(chǔ)條件，增建直徑140米級NEA日常編目能力，形成多口徑搭配、多功能結(jié)合、高效協(xié)同的地基監(jiān)測網(wǎng)。按照“國內(nèi)優(yōu)化布局、推動海外建站、普測/精測全面發(fā)展”的技術(shù)路線，建設(shè)國際一流水平的地基監(jiān)測網(wǎng)。構(gòu)建“可視天區(qū)互補(bǔ)、分時協(xié)同編目、短/臨發(fā)現(xiàn)告警、廣域巡天普查”的天基監(jiān)測網(wǎng)，具有與地基監(jiān)測網(wǎng)高效聯(lián)合作業(yè)的能力。按照“開展驗證試驗、部署監(jiān)測系統(tǒng)、能力升級完善”的技術(shù)演進(jìn)路線，全面突破天基監(jiān)測系統(tǒng)總體布局、先進(jìn)監(jiān)測載荷等關(guān)鍵技術(shù)。重點關(guān)注可在近地軌道、地月平動點、月球、日地平動點、地球公轉(zhuǎn)軌道、類金星軌道等進(jìn)行部署的天基監(jiān)測設(shè)備（如圖4），豐富天基監(jiān)測手段，力爭盡快實現(xiàn)對先發(fā)國家、國際先進(jìn)水平的追趕和超越。圖4天基監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和設(shè)備布局示意圖綜合服務(wù)平臺具有任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)集成、編目更新、風(fēng)險研判、信息發(fā)布、決策指揮、資源調(diào)度、救援支持等各類能力。按照“初步構(gòu)建平臺、開展示范應(yīng)用，拓展升級應(yīng)用、開展業(yè)務(wù)運行，強(qiáng)化內(nèi)聚外聯(lián)、有效支撐決策”的發(fā)展路線，開發(fā)先進(jìn)軟件、配齊必要硬件，為天地監(jiān)測網(wǎng)的協(xié)同運行及預(yù)警業(yè)務(wù)實施提供綜合服務(wù)保障。2.在軌處置建設(shè)重點在于發(fā)展以動能撞擊為主的在軌處置技術(shù)體系，開展有中國特色、國際亮點的在軌處置演示驗證任務(wù)。以處置–評估結(jié)合、多目標(biāo)/多手段協(xié)同作用等在軌飛行任務(wù)為牽引，開展以動能撞擊瞬時作用為主、拖曳及激光偏轉(zhuǎn)等長期作用為輔、兼顧新概念處置技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)研究；發(fā)展并完善涵蓋瞬時作用、中長期作用、前沿探索類的處置技術(shù)體系，綜合評估效能（如效率、成熟度、成本），明確場景適應(yīng)性；建立在軌處置決策支持與評估、任務(wù)全流程設(shè)計仿真、地面試驗驗證等系統(tǒng)，支持地面推演與在軌驗證。按照“撞得上、撞得動、防得住”的策略，分步實施具有國際顯示度及影響力的在軌演示驗證任務(wù)，形成直徑50米級NEA多手段協(xié)同在軌處置任務(wù)能力?；贜EA目標(biāo)理化特性，研究撞擊地球的各種危害效應(yīng)，建立危害效應(yīng)的理論模型。在“探月工程”基礎(chǔ)上，研究、試驗、建設(shè)兼顧天基監(jiān)測預(yù)警與在軌處置能力的“觀–處”一體化體系方案，是我國行星防御領(lǐng)域趕超國際先進(jìn)水平的突破口。3.災(zāi)害救援立足現(xiàn)行的國家應(yīng)急救援體系，針對NEA撞擊地球的災(zāi)害特點，重點發(fā)展復(fù)合型巨災(zāi)應(yīng)急救援能力；按照“健全體制機(jī)制、完善綜合能力、顯著提升能力”的發(fā)展路徑，分步開展建設(shè)，同步完善各級應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)。建立覆蓋多災(zāi)種、災(zāi)害鏈的監(jiān)測評估預(yù)警系統(tǒng)，優(yōu)化復(fù)雜場景下災(zāi)情演化及快速評估模型，實現(xiàn)利用模擬仿真平臺開展NEA撞擊災(zāi)害救援演習(xí)/演練的常態(tài)化。針對性加強(qiáng)NEA撞擊風(fēng)險應(yīng)對所需的特種災(zāi)害救援力量，提升重大場景下的保障能力。4.有關(guān)前沿基礎(chǔ)研究依據(jù)“引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展，牽引并支撐未來重大任務(wù)”的基本原則，著眼未來5~10年行星防御發(fā)展趨勢，開展有關(guān)基礎(chǔ)研究和概念性/原理性研究，提升領(lǐng)域基礎(chǔ)研究與創(chuàng)新能力，培育專精人才隊伍。圍繞NEA的軌道運行規(guī)律、物理化學(xué)特性、撞擊效應(yīng)與致災(zāi)機(jī)理、處置響應(yīng)機(jī)理等方向，布局前沿基礎(chǔ)科學(xué)問題研究，如小行星起源與