《自然》撰文提出小行星或?yàn)樾请H旅行更好途徑

捕獲小行星是一件讓人費(fèi)神的事，但卻是人類進(jìn)行星際旅行最好的跳板。

人類進(jìn)入宇宙后下一步要進(jìn)行的巨幅跨越將是星際旅行。然而，科學(xué)界對(duì)此的共識(shí)卻是即便要邁出一小步也艱難萬(wàn)分。今年6月，美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)的一份報(bào)告提出了多種星際旅行的可選擇路徑，但并未就此給出任何實(shí)質(zhì)性的建議。是返回月球？直接登陸火星？還是采到其他行星上的巨石然后送入月球軌道，讓有些無(wú)聊的宇航員可以有所去處、有所事事？美國(guó)宇航局（NASA）需要在2015年1月美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬的新財(cái)政預(yù)算出臺(tái)之前，決定走哪一條路。

每周至少有一顆直徑10米左右的小行星會(huì)與月球擦肩而過(guò)。圖片來(lái)源：Detlev van Ravenswaay

《自然》雜志撰文指出，與一些選擇相比，其中一些選擇更好一些。人類宇宙探險(xiǎn)活動(dòng)的成本與復(fù)雜性要求對(duì)涉及其中的每個(gè)元素認(rèn)真估量，實(shí)現(xiàn)人類的終極目標(biāo)：登陸火星。

但是NASA的下一個(gè)優(yōu)先計(jì)劃針對(duì)的卻并非這個(gè)目標(biāo)。小行星返回任務(wù)（ARM）是一項(xiàng)耗資數(shù)十億美元的項(xiàng)目，其目標(biāo)是捕獲小行星上的物質(zhì)，并將其帶回宇航員可以接觸到的地面。它還需要輔助性的航天設(shè)備如一個(gè)巨大的捕獲兜，或是一個(gè)類似由Rube Goldberg設(shè)計(jì)的巨型街道游戲機(jī)爪的裝置，但這些裝置對(duì)人類登陸火星而言卻并無(wú)用處。

還有一種更好的方式。由于每年都有上萬(wàn)顆像船運(yùn)集裝箱大小或是更大一些的小行星近距離經(jīng)過(guò)月球。比如今年9月險(xiǎn)些錯(cuò)過(guò)觀測(cè)的小行星2014RC?？茖W(xué)家需要在距離較遠(yuǎn)時(shí)事先找到它們的蹤跡，這樣大量載人航天任務(wù)的機(jī)遇之窗將隨之開(kāi)啟。

人類宇宙探索門(mén)戶的開(kāi)啟需要三個(gè)條件：對(duì)小行星進(jìn)行一次全面調(diào)查，從成千上萬(wàn)顆臨近的小行星中找出其中適宜宇航員登陸的；提高航天器使用期限以及遠(yuǎn)距離航行能力，以此不斷縮小地球與火星之間的距離；研發(fā)更好的自動(dòng)化交通工具與器械，不論行星的大小、形狀或是旋轉(zhuǎn)速度如何，宇航員都可以對(duì)其進(jìn)行探查。而且行星調(diào)查還可以對(duì)未來(lái)小行星撞擊地球的危險(xiǎn)進(jìn)行審慎的預(yù)先評(píng)估。

“擦肩”過(guò)客

圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的小行星大多數(shù)都處于火星和木星之間的小行星帶上，木星的引力和其他合力推動(dòng)一些小行星進(jìn)入距離地球4億公里的軌道。近地小行星（NEAs）中直徑最大的約30公里，盡管它們中大多數(shù)的大小都要以米計(jì)。最小的小行星數(shù)量也最多，它們經(jīng)常騷擾地球，每天宇宙中都會(huì)有數(shù)噸來(lái)自這些最小行星上的顆粒物和卵石雨，每年還會(huì)有一些米級(jí)的小行星撞擊地球。

在2013年2月，一顆直徑約20米的小行星照亮天空，隨后落在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克市，震碎了該市的許多窗玻璃，此次撞擊事件已經(jīng)越過(guò)天降隕石的門(mén)檻，給地球上的人類造成極大危害。而平均每50年就有一次類似車?yán)镅刨e斯克的小行星撞擊地球事件，這些小行星經(jīng)常會(huì)落進(jìn)海里。比如距今1.37億年前至6500萬(wàn)年前的白堊紀(jì)時(shí)期，就有一顆直徑約10公里的小行星撞擊地球并落進(jìn)了海里。幸虧這是數(shù)億年才一遇的事件。

小行星不只是敵人，它們也可以成為朋友。近40年來(lái)，NEAs一直被認(rèn)為是比月球表面更容易讓人造航天器接近的地方。由于它們的引力場(chǎng)極小，與小行星近距離接觸僅須靠近它并伴其飛行，而不需要其他專門(mén)的登陸設(shè)備。

軌道在地球與火星之間的小行星為檢驗(yàn)人造航天器的航行距離和航行能力提供了里程上的目的地參考范圍。人類的首個(gè)航天任務(wù)可能只會(huì)持續(xù)數(shù)周，難以到達(dá)更遠(yuǎn)的地方；但未來(lái)的探索能力將會(huì)達(dá)到數(shù)月，并成功進(jìn)入更遠(yuǎn)的星際空間，最終證明火星對(duì)于人類來(lái)說(shuō)不過(guò)是唾手可得。

2009年，一項(xiàng)由美國(guó)總統(tǒng)授權(quán)的航天任務(wù)已認(rèn)識(shí)到，NEAs是一種低成本、可實(shí)現(xiàn)人類登陸火星目標(biāo)的“靈活路徑”。奧巴馬在2010年4月的一次演講中在航空工作者面前把“小行星”和“2025年”作為美國(guó)太空探索的航向。盡管這與美國(guó)前總統(tǒng)肯尼迪在1961年5月的演講中亮出登陸月球的計(jì)劃相比，聲勢(shì)有些微弱，但NASA布局者已把奧巴馬的話作為航標(biāo)。

現(xiàn)實(shí)問(wèn)題來(lái)了：在21世紀(jì)20年代中葉，讓人類抵達(dá)任何已知的近地行星依然超出了當(dāng)前航空系統(tǒng)的科技能力與財(cái)政預(yù)算能力。因此登陸ARM日程已經(jīng)重新孵化：無(wú)須再派人登陸小行星，而是在2025年通過(guò)人造航天器設(shè)備帶回小行星上的一些物質(zhì)。非載人太陽(yáng)能推進(jìn)設(shè)備將用來(lái)捕獲戰(zhàn)利品，并將其帶回月球軌道，在那里宇航員可以對(duì)其進(jìn)行研究。

任務(wù)這就完成了？絕非如此。研發(fā)捕獲、裝載以及重新寄送獲得的小行星樣本的硬件和操作設(shè)備都是當(dāng)前研究中的“死胡同”，盡管如此，它們對(duì)長(zhǎng)期載人太空旅行沒(méi)有任何價(jià)值。向月球空間中傳遞一定數(shù)量的小行星樣本是檢驗(yàn)太陽(yáng)能推進(jìn)器能力的一種更加合理的方式，對(duì)于保證宇航員安全極為重要。這些因素向公眾傳遞的信息是，登陸火星需要耐心和付出，需要腳踏實(shí)地地夯實(shí)航天能力，而不是一次性的昂貴伎倆。

探索門(mén)戶

科學(xué)家認(rèn)為，NASA需要一個(gè)更加實(shí)用的計(jì)劃。登陸火星的長(zhǎng)期目標(biāo)很清楚，而近地行星則是最易于通向星際空間然后登陸火星的踏腳石。然而，如果可以坐等小行星靠近地球，為何還要選擇進(jìn)入太空捕獲小行星呢？

科學(xué)家有大量的小行星可供選擇。粗略估計(jì)，當(dāng)前距離地球僅數(shù)倍于月地距離、直徑達(dá)到數(shù)十米或體積更大一些的已知小行星達(dá)到一千多個(gè)，而這些只是冰山一角。地球與火星之間的軌道上依然有超過(guò)近千萬(wàn)顆小行星等待著科學(xué)家去發(fā)現(xiàn)，其中每過(guò)一周就會(huì)有一顆或更多小行星飛入月球軌道。由于現(xiàn)有的行星觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍有限，到目前為止人類探索到的小行星僅有其中的0.1%。

那些在光學(xué)距離上可以觀測(cè)到的近地行星也是對(duì)地球存在潛在威脅的行星，“在它們找上我們之前找到它們”，是數(shù)十年來(lái)行星科學(xué)家經(jīng)常叨念的口頭禪。然而，美國(guó)國(guó)會(huì)和NASA均未就此資助大規(guī)模望遠(yuǎn)鏡調(diào)查。NASA僅花了其財(cái)政預(yù)算的極小部分——每年2000萬(wàn)美元，利用調(diào)整后的天文設(shè)施隨意進(jìn)行了一些搜索。

當(dāng)前的調(diào)查尚未達(dá)到美國(guó)相關(guān)法案的要求。美國(guó)國(guó)會(huì)于2005年底通過(guò)的《喬治·E·布朗近地天體監(jiān)測(cè)法案》要求NASA到2020年找出90%的直徑達(dá)到140米或更大的危險(xiǎn)性近地行星，如果經(jīng)費(fèi)投資較之當(dāng)前沒(méi)有大幅增加，這一目標(biāo)將會(huì)落空。這是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，需要美國(guó)國(guó)家航天部門(mén)、總統(tǒng)以及國(guó)會(huì)的大力支持：將研究經(jīng)費(fèi)增至每年2億美元。與NASA“新邊界”空間項(xiàng)目——向太陽(yáng)系行星發(fā)射非載人航天探測(cè)器相比，這樣的預(yù)算額度才能夠讓這項(xiàng)研究在10年內(nèi)完成，而這些預(yù)算只是斥資數(shù)億美元的ARM項(xiàng)目的一小部分。

一旦人類可以抵達(dá)一顆小行星的天然軌道，通往數(shù)以千計(jì)乃至更多小行星的門(mén)戶將被打開(kāi)，進(jìn)一步使整個(gè)太空探索在本世紀(jì)20年代后期和30年代穩(wěn)步前進(jìn)，并在本世紀(jì)中葉對(duì)拓展一些備選商業(yè)太空資源進(jìn)行評(píng)估。

自動(dòng)化操作航天器（ROVs）將成為小行星探索所必需的技術(shù)，比如在火星軌道或表面工作的宇航員都需要用自動(dòng)化設(shè)備來(lái)工作。大多數(shù)小行星的形狀都極不規(guī)則，巨石遍布，在其軌道上翻滾前進(jìn)。沒(méi)有理由指望會(huì)碰到一個(gè)運(yùn)行速度緩慢、姿態(tài)穩(wěn)定以及有著安全、平整的表面，而且對(duì)航空設(shè)備十分熱情好客的小行星。

挑戰(zhàn)艱巨

過(guò)完今年最后兩個(gè)月，奧巴馬的2015年財(cái)政預(yù)算將會(huì)成形。NASA需要就優(yōu)先執(zhí)行的項(xiàng)目作出選擇，它應(yīng)該放棄ARM任務(wù)概念，優(yōu)先進(jìn)行行星觀測(cè)，給未來(lái)載人空間任務(wù)打好基礎(chǔ)。

NASA指揮部的人類探索、空間技術(shù)、科學(xué)以及其他項(xiàng)目必須集中各種資源解決它所說(shuō)的巨大挑戰(zhàn)。美國(guó)國(guó)會(huì)和白宮應(yīng)該為了全人類的利益，資助一系列擁護(hù)協(xié)同探索、科技研發(fā)以及科學(xué)研究的任務(wù)。

這樣的“巨大挑戰(zhàn)性任務(wù)”應(yīng)該關(guān)乎人造航天設(shè)備以及人類的未來(lái)。它應(yīng)該與“新邊界”項(xiàng)目的財(cái)政預(yù)算類似，該行星偵查項(xiàng)目通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行遴選，對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的支持力度達(dá)到8億美元左右。而對(duì)小行星的深層次認(rèn)識(shí)可以推動(dòng)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界朝著最好的方向努力，同時(shí)優(yōu)化長(zhǎng)期布局，對(duì)所有參與申請(qǐng)課題進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性遴選也可以確保納稅人的投資效益最大化。

《自然》指出，應(yīng)重視探索3個(gè)與行星相關(guān)的領(lǐng)域：進(jìn)行行星調(diào)查，找出人類通往目的地火星的一系列近地行星，同時(shí)完成2005年的調(diào)查任務(wù)；開(kāi)展一場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，找出自動(dòng)測(cè)量小行星偏離軌道的方法，未來(lái)某一天人類文明能否繼續(xù)存在或?qū)⒁蕾囉诖?；找出從小行星獲取水或礦物等有價(jià)值資源的自動(dòng)化方法，它或?qū)⒃谖磥?lái)數(shù)十年有助于支撐人類到外太空旅行。

NASA需要回歸正軌，實(shí)現(xiàn)人類下一步太空探索領(lǐng)域的巨大飛躍。（紅楓）