来源：太空梦想
转载：国家空间科学中心
地球在宇宙中看似宁静，但却无时无刻不处于近地小行星撞击这把“达摩克利斯剑”的威胁之下。地球历史上共发生了22次不同程度的生物灭绝，至少11次与近地小行星撞击相关。
我国境内也经常发生小行星撞击事件。比如近年来2014年内蒙古锡林郭勒盟、2017年云南香格里拉、2018年云南西双版纳、2019年吉林松原、2020年青海玉树、2021年河南驻马店等发生了火流星事件（指直径在米级的小行星进入大气层时，超高速气动热/力作用会使其剧烈烧蚀、爆炸解体乃至烧为灰烬，发出很强的光辐射现象）。虽然均未造成灾难，但已威胁到了人们的生产、生活安全。
就全球而言，仅2021年已发生近地小行星飞掠地球事件1605次，观测到29颗小行星进入地球大气层发生火流星事件。
答案是肯定的。相比地震、洪水等自然灾害，小行星撞击地球危害具有三个特点：1)瞬间发生的全球性灾害；2)对小行星撞击的时间、撞击地点及危害程度可以有较准确的提前预报（几周至几年）；3)小行星撞击利用现代航天技术是可以完全避免的。
针对小行星撞击的这三个特点，简单来说，应对小行星撞击地球问题可以归纳为如下几个步骤：(a)找到小行星；(b)确定撞击风险；(c)针对撞击风险较高的小行星提前制定防御行动方案；(d)实施空间任务行动完成小行星防御。
具体防御流程从高风险小行星发现开始，通过持续跟踪确定并不断更新其精确轨道。据此判断其撞击威胁，若撞击威胁低于阈值，则威胁解除，该小行星转入持续跟踪编目。若撞击威胁高于阈值则对其撞击危害进行初步评估，根据结果决策是否启动防御任务。对于撞击危害低的小行星，不启动防御任务，但对其可能的地面灾害进行预估。对于撞击危害高的小行星，则启动防御任务。
小行星撞击防御流程
防御任务第一步需根据预警时间和小行星实际情况通过远程观测或抵近探测的方式尽可能详细的获取目标小行星特性，包括轨道、材质、形状、结构、自旋等。根据目标特性选择防御手段、分析防御策略、筛选应急预案，完成详细防御方案设计，并评估防御效能与成本。同时，还需要根据不同的地面灾害效应评估结果做好灾害救援准备。
从历史情况看，直径1千米以上的撞击事件发生概率较低，短期内也难有有效防御技术，而10米以下的撞击危害较小，因此，10米至1千米的近地小行星是国际社会关注和防御的重点。
近地小行星防御技术是指：在能够对危险近地小行星提前预警的前提下，对小行星施加外力，改变小行星轨道避免其撞击地球(偏转，Deflection)，或将小行星分裂成碎片避免或降低其对地球的危害(摧毁，Disruption)。
根据外力作用过程的长短又可分为瞬时作用技术和长期作用技术。前者包括动能撞击防御技术以及常在电影里看到的核爆炸防御技术。后者包括质量驱动、拖船、太阳光压、引力牵引、激光驱动、离子束等技术，这些手段通常需要几年甚至几十年的长期作用来偏转小行星的轨道，只适用于防御预警时间足够长的小行星。
动能撞击防御技术是指发射撞击体高速撞击危险小行星，使小行星轨道发生偏离，或将小行星撞裂成较小的碎片。动能撞击防御方法技术简单、启动迅速、灵活性强、作用效果明显，是一种实际可行且已在NASA的“深度撞击“（Deep Impact）任务中得到部分验证的技术。
Deep Impact任务于2005年1月12日发射，通过一枚重约370 kg的铜制小型撞击器以约10 km/s的速度撞击Tempel-1号彗星彗核。撞击后的3年时间内，Tempel-1号彗星位置变化了约10 km。这是人类首次用撞击器撞击彗星，证明了动能撞击防御小行星的可行性，为人类防御地球遭遇小天体撞击危险积累了宝贵经验，也为探究太阳系起源提供了新的线索和重要数据。
2021年，NASA和ESA联合开展“小行星撞击偏转评估计划（Asteroid Impact and Deflection Assessment, AIDA）”，这是针对动能撞击防御技术的在进一步轨验证试验。AIDA中的 “双小行星重定向测试（Double Asteroid Redirection Test，DART）任务由NASA负责实施，已于2021年11月24日发射。
DART任务示意图
DART航天器展开太阳能阵列（示意图）
该任务是利用一颗重约550公斤的撞击器以相对速度6.25km/s撞击距离地球1100万km远的双小行星中的子星Dimorphos（直径160m），撞击后预估Dimorphos的速度变化约0.4mm/s，周期会发生改变，然后通过地面设备和伴飞小卫星LiCIACube开展观测，获得实际的撞击效应，验证动能撞击偏转模型，DART任务如图4。AIDA中的HERA任务由ESA负责实施，预计2023年发射，将于撞击小行星4年后抵达，着陆DART撞击后Dimorphos小行星，实地直接测量DART撞击效应，从而更精确地修正DART试验中的动能撞击偏转模型。
DART航天器在撞击双星系统之前（示意图）
值得一提的是，近年来，为在有限的运载能力下提高动能撞击技术的防御效果，我国科学家提出了“以石击石”和“末级击石”两种具有国际创新的新概念加强型动能撞击防御技术。“以石击石”是通过发射无人航天器捕获小尺寸小行星或者在碎石堆小行星上采集超过100吨的岩石，与航天器构成组合撞击体，操控组合体撞击危险小行星。相比传统动能撞击防御技术，在相同的运载发射能力下，可将小行星的轨道偏移距离提高一个数量级。“末级击石”是在航天器进入深空逃逸轨道后，火箭末级与航天器不实施星箭分离，由航天器操控末级组合体撞向目标小行星，从而充分利用火箭末级的剩余重量，提升撞击小行星的动量，进而提升小行星轨道偏转能力。
“以石击石”行星防御任务概念示意图
动能撞击防御技术的优点是：技术成熟度目前最高，无需长期的轨道操作。其缺点是：对小行星几何形状、材质结构敏感，对多孔的疏松度高的小行星效果不佳。
核爆炸防御方式有两种：一是利用核爆装置直接炸毁目标小行星；二是利用爆炸产生的直接或间接作用力改变目标小行星轨道，避免其与地球相撞。根据目标小行星尺寸、材质、结构的不同，可选择表面爆炸、对峙爆炸以及穿透爆炸三种方式。
表面爆炸：在表面或浅地下引爆核装置，使目标小行星分裂成数块碎片，适用于体积较小的小行星。
对峙爆炸：在距离目标小行星表面一定距离引爆核装置，爆炸产生的热中子、X射线以及γ射线辐射目标小行星表面产生高温，引发目标小行星表面物质的喷射，喷射时产生的推力使目标小行星发生偏转。适用于防御体积较大的目标小行星。
穿透爆炸：核装置穿入目标小行星内部一定深度处发生爆炸，以摧毁小行星或改变其轨道。该方法的优势在于除了核爆产生的爆炸能量外，爆炸引起的表面冲击波能够扩大作用效果。
核爆防御技术的优点是：无需长期的轨道操作，可应对预警时间短的大尺寸小行星。其缺点是：1）爆炸后产生碎片仍具备撞击威胁；2）空间核设施引发的政治及安全问题。虽然利用核爆炸技术进行目标小行星防御的技术方案是可行的，但是该种技术所固有的风险可能引发政治和全球安全问题。以行星防御为唯一目的核爆炸技术，是否违反了《外层空间条约》中“禁止在外层空间部署核武器”的规定，仍存在很大的争议。
引力牵引技术是一种非接触式长期作用防御技术，其原理是航天器保持在相对于目标小行星的固定位置上,如图6。根据万有引力定律，航天器与小行星之间产生持续的相互作用力，从而使小行星产生持续的速度变化量，进而改变小行星的运行轨道。
引力牵引防御技术的优点是：1）不需要考虑小行星的组成、转动、形貌等特征；2）不需要航天器在小行星表面着陆。其缺点是：1）对航天器长时间位置姿态控制要求高；2）作用力效果越大，需要的航天器质量越大，发射成本越大。
俄罗斯学者Yarkovsky研究发现，宇宙天体在旋转过程中，太阳照射面的物质受热向外辐射光子，热光子辐射对小行星产生微弱的反作用力，影响天体运行轨迹，这一效应被称为Yarkovsky效应。
Yarkovsky效应
基于Yarkovsky效应，可通过人为改变小行星表面反射率和导热系数进而改变Yarkovsky效应作用力大小，实现对小行星轨道偏转，这需要航天器在小行星表面进行喷涂任务。
虽然太阳光压技术在原理上是可行的，但是1）Yarkovsky效应仅能产生微弱的作用力，使得偏转作用周期长达几十年甚至上百年时间；2）小行星不规则的形状和表面导致作用力合力方向难以准确确定，也就限制了该技术方案的实际应用。
拖船技术是指在小行星表面部署带有推进装置的航天器或推进设备，利用发动机产生的推力对小行星施加作用力，从而逐渐改变小行星运行轨道。
拖船防御技术的优点是可长期产生较大的力的作用，其缺点是：1）受小行星外形和自旋影响；2）需要大量推进剂。
激光烧蚀驱动技术是一种高效的空间碎片清除技术，基于同样的作用机理可用于小行星防御。该技术是一种非接触式防御方法，采用一个功率足够大的激光投射系统照射小行星表面，利用表面烧蚀产生的等离子体喷射所带来的反作用力造成小行星的速度变化，进而改变小行星轨道。
动能撞击-激光烧蚀驱动协同防御
激光烧蚀驱动防御技术的优点是：1）机动灵活，可部署于月球、地球低轨、地球同步轨道或者日地拉格朗日点；2）可长期远距离作用。其缺点是对激光器功率、使用寿命等性能要求高。
质量驱动技术是在行星表面部署一个着陆器，并将小行星表面物质向外喷射产生反作用力，进而改变小行星轨道。同拖船技术一样，该防御技术的作用效果受行星的自旋影响。着陆器需要选用太阳能、核能等能持续供给的能源，以保证能持续、长久驱动钻取和喷射装置。
质量驱动技术的优点是：1）对小行星运行速度影响大；2）不需要携带大量推进剂。缺点是：1）需要在小行星表面长期工作，对其自旋和材料敏感；2）技术难度大，成熟度低。
离子束偏移技术的工作原理同激光烧蚀驱动技术相似，安装在航天器上的离子推力器，定向产生高指向精度、高速度的离子束对目标目标小行星表面进行持续照射，对小行星产生持续作用力，进而改变小行星的运行轨道。
离子束偏移技术的优点是：1）不受小行星外形材质等因素影响；2）不受航天器质量的限制。其缺点是作用力较弱，需长期作用。
近年来，为提高防御效能、降低工程实施难度，基于单一防御技术方案进一步发展出了组合防御技术方案。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，形成不同防御手段相结合的组合防御方案。如动能撞击与核爆相结合、动能撞击与激光驱动相结合等。美国针对小行星阿波菲斯的探测和防御平台计划AEMP就是采用引力牵引法和光压法（改变反照率）的组合防御方案设计。