空间中心科研人员提出应对潜在威胁小行星的“末级击石”防御方案

小行星撞击是地球生命面临的重大潜在灾难性威胁，发生概率极低，但危害极大。小行星在地球历史上多次撞击地球，甚至造成生态环境灾变和物种灭绝。小行星撞击被认为是6600万年前恐龙灭绝的主要原因。为提高人们对小行星撞击危害的认识，2016年联合国大会第A/RES/71/90号决议正式将每年6月30日定为国际小行星日。

2017年、2018年、2019年、2020年连续四颗火流星分别袭击了我国云南省香格里拉、云南省西双版纳、吉林省松原、青海省玉树地区，引发了社会热议以及国内学者和政府机构对行星防御研究的重视。2021年4月24日，在中国航天日开幕式上，中国国家航天局局长张克俭表示“站在新的历史起点，中国航天将论证实施探月工程四期、行星探测工程、建设国际月球科研站和近地小行星防御系统，拉开新时代探索九天的新序章”。

针对传统动能撞击（Classical Kinetic Impactor, CKI）在短期预警时间条件下无法有效防御直径140米级危地小行星的问题，中国科学院复杂航天系统电子信息技术重点实验室王艺睿博士、李明涛研究员、周炳红研究员、中国空间技术研究院北京卫星环境工程研究所龚自正研究员、中国运载火箭技术研究院北京宇航系统工程研究所王建明高工、王传魁高工，设计了航天器火箭末级组合动能撞击方案（Assembled Kinetic Impactor, AKI，简称“末级击石”）：即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危地小行星，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。

参考长征五号运载火箭的技术参数，假设火箭末级重量为6.5吨，以偏转直径约492米的Bennu小行星轨道为例开展了数值仿真。结果表明，相比于传统动能撞击方案，利用单发长征五号发射“末级击石”任务的偏转效果可等效于三发长征五号发射传统动能撞击任务的偏转效果。同时，对于十年内偏转直径140米的小行星轨道，偏转距离可由不足一倍地球半径提升至一倍地球半径以上，为十年预警时间条件下偏转直径140米级危地小行星提供了一种潜在高效技术手段。

表1 两种动能撞击方式对140米级小行星的防御效果对比

该成果以“Assembled Kinetic Impactor for Deflecting Asteroids by Combining the Spacecraft with the Launch Vehicle Upper Stage ”为题，于近期发表在行星科学领域知名期刊Icarus上，审稿人评价该文章“This is an intriguing, simple and, to my knowledge, novel idea（有趣、简单、新颖的想法）”。

该成果得到北京市重大科技专项、民用航天技术预先研究、中科院青年创新促进会优秀会员项目、中科院创新交叉团队和中科院国家空间科学中心重点培育方向等课题资助。