本文優先出版自中國工程院院刊《中國工程科學》2022年第2期
作者：吳偉仁，龔自正，唐玉華，張品亮
來源：近地小行星撞擊風險應對戰略研究[J].中國工程科學,2022,24(2):140-151.
編者按
近地小行星(NEA)是軌道與地球軌道相交的小行星。地球上發生過22 次不同程度的生物滅絕事件，至少10 次是由NEA 撞擊地球所緻。近地小行星撞擊地球是人類長期面臨的重大潛在威脅。防範近地小行星撞擊風險事關全球安危與人類文明存續，相關研究現實需求迫切、戰略意義深遠。
中國工程院吳偉仁院士科研團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2022年第2期發表《近地小行星撞擊風險應對戰略研究》一文。文章闡述了近地小行星撞擊危害及撞擊地球風險情況，研判了積極開展應對的重要意義；系統分析了目前近地小行星撞擊風險應對的國際研究态勢，涵蓋應對流程、監測預警、撞擊災害評估、在軌處置等内容；全面總結了大陸近地小行星撞擊風險應對的基礎進展及存在不足。在此基礎上，研究提出了大陸應對近地小行星撞擊風險的發展目标、體系構成，論證形成了監測預警、在軌處置、災害救援等重點任務以及基礎研究、國際合作主導方向。文章建議，加強撞擊風險應對能力頂層設計和長遠謀劃，高效建立“内聚外聯”撞擊風險應對業務體系，快速形成撞擊風險應對能力和創新能力，着力建構行星防禦領域人類命運共同體，由此發展适應國情特色且“監測精準、預警可靠、應對有效、救援有力”的行星防禦體系。
圖檔來自網絡
一、前言
在天文學上，将軌道近日點距離在1.3 AU（1 AU = 1.496×108 km）以内的小行星稱為近地小行星（NEA）。截至2022 年3 月7 日，已發現的NEA共有28 464顆，其中直徑大于140 m的有10 024顆，直徑大于1 km 的有887 顆，具有潛在危險的有2263 顆。NEA 亮度暗弱、分布廣泛、難以發現，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性。
在曆史上，NEA 撞擊地球事件頻發。地球上發生過22 次不同程度的生物滅絕事件，至少10 次是由NEA 撞擊地球所緻。2013 年2 月15 日，一顆直徑約為18 m、 品質約為7000 t 的NEA 以18.6 km/s 的速度在俄羅斯車裡雅賓斯克地區約30 km 高空爆炸，造成了人身傷害和财産損失。僅在2021 年，全球發生NEA 飛掠地球事件約1600 次，觀測到29 顆NEA進入地球大氣層；大陸的河南省駐馬店市等地也發生了火流星事件。
NEA 飛向地球，在大氣層會發生空爆，撞擊到地表可能引發地震、海嘯、火山爆發，還可能導緻全球氣候環境災變，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，需要世界各國聯合應對；也給國際航天界、天文界等領域帶來了重大科學和技術挑戰。關于NEA 撞擊風險應對，國際上一般稱為行星防禦。1994 年彗– 木撞擊事件、2013 年俄羅斯車裡雅賓斯克NEA 撞擊事件，都促使相關問題得到國際社會的普遍重視，如聯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禦組織，積極開展應對工作。1995 年，聯合國首次召開“預防近地天體撞擊地球”國際研讨會。2014 年，在UNCOPUOS 架構下成立國際小行星預警網（IAWN）、空間任務規劃咨詢小組（SMPAG）。2016 年，聯合國大會将每年的6 月30 日定為國際小行星日，以引導公衆更多了解NEA 對地球的潛在威脅。2009 年起，國際宇航科學院、聯合國外空司定期舉辦國際行星防禦大會（PDC）。在政府層面，美國成立了行星防禦協調辦公室（PDCO）（2016 年），釋出了《國家近地天體應對戰略及行動計劃》（2018 年），旨在提升NEA 的發現、跟蹤、表征能力并發展NEA 偏轉和摧毀技術，頒布了《近地天體撞擊威脅緊急協定報告》（2021 年）；德國、英國、俄羅斯、日本等國家先後成立了近地天體監測預警防禦中心。
相比之下，大陸NEA 撞擊風險應對工作起步較晚，研究工作多為自發、零星、分散，缺乏綜合性部署規劃和專門的支援管道，導緻基礎薄弱、國際貢獻率低、國際話語權小；與優勢國家的差距呈現拉大趨勢，既不利于國家安全，也影響了在面臨NEA 撞擊威脅這種攸關全球安危重大事件時的自主決策和主導權，與負責任、有擔當的大國形象，建設科技強國、航天強國的國際地位不相稱。
2021 年起，國家航天局聯合有關部委，啟動了大陸NEA撞擊風險應對的中長期發展規劃論證工作，旨在系統性加強NEA 撞擊風險應對處置能力。本文作為相關研究的先導内容，剖析應對需求、梳理現狀趨勢、總結面臨差距，提出發展目标、論證體系構成、策劃重點任務，以期為NEA 撞擊風險應對相關的國家規劃制定、總體研究工作提供基礎參考。
二、積極應對近地小行星撞擊風險的重要
意義
（一）近地小行星撞擊危害概述
NEA 撞擊地球産生的危害程度與撞擊能量直接相關，相應過程分為超高速進入大氣層、撞擊地表、長期環境效應3 個階段（見圖1）。NEA以極高速度（約20 km/s）進入地球大氣層，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，進而傳至地表造成熱輻射損傷并引發森林大火。直徑較小、結構疏松度較大的解體碎塊，将在大氣層中燒為灰燼；直徑較大、結構疏松度較小的解體碎塊，将穿過大氣層撞擊到地球表面，在短時間内急劇釋放其攜帶的巨大動能。通常直徑大于60 m 的石質隕石（S 型） 或大于20 m 的鐵質隕石（M 型）才能穿過地球大氣層撞擊到地球表面。
圖1 NEA 撞擊地球的過程與危害示意圖
NEA 撞擊地表後，撞擊區域的材料瞬間經曆溫度從300 K 到105 K、壓強從0.1 MPa 到10 TPa、應變率高達108 /s 的極端狀态，發生破碎、熔化、氣化乃至等離子體化相變，産生撞擊坑。NEA 撞擊會引起地表岩石發生化學反應（産生各種氣體），可能将地表部分物質、塵埃抛向空中（産生反濺碎片雲），相應的沖擊波可誘發強烈地震。這些氣體、塵埃和灰燼将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 ℃，影響長達百萬年。NEA 對海洋的直接撞擊，會激起數百米高的巨浪，引發強烈的海嘯與地震、大量的海水蒸發/ 濺射；海底沉積物與岩石粉塵抛射到平流層中并滞留，海洋中大量生物死亡。
NEA 撞擊地球是一個實體– 力學– 化學強耦合過程。需要開展超高速進入和撞擊實驗，結合數值模拟與理論分析，才能建立有關進入大氣、撞擊地表過程及效應的準确模型，這是國際性的重大前沿和難點問題。
然而相比其他參數，NEA 直徑較易獲得，NEA 品質也可通過等效直徑來估算，是以國際上通常用等效直徑來表征撞擊危害。相應危害程度主要劃分為5 類：
① 等效直徑為千米級，可引發全球性災難，如6500 萬年前 K-T 事件，該類事件發生機率為每1×108 年1 次；
② 等效直徑為140 米級，可引發洲際性災難，如2019 OK 小行星事件，該類事件發生機率為每1000 年1 次；
③ 等效直徑為50 米級，可引發大型城市級災難， 如1908 年俄羅斯通古斯事件，該類事件發生機率為每100 年1 次；
④ 等效直徑為10 米級，可引發小城鎮級災難，如2013 年俄羅斯車裡雅賓斯克事件，該類事件發生機率為每30~50 年1 次；
⑤ 等效直徑為米級，大多産生空爆并出現火流星現象，如2021 年河南省駐馬店市火流星事件，該類事件頻繁發生。對撞擊事件的統計表明，NEA 的撞擊落點在地球表面是均勻分布的。
（二）近地小行星撞擊風險分析
撞擊風險指撞擊地球的機率與撞擊所緻危害的乘積，評估NEA 撞擊風險通常涉及都靈風險指數、巴勒莫風險指數：前者采用11 個整數（0~10）将風險等級劃分為5 種，對應不同的撞擊機率及危害；後者由撞擊機率、距離發生撞擊的時間、撞擊能量等計算獲得。為進一步明晰相關指數的實體意義，有研究将人員傷亡估算引入NEA 撞擊風險評估中，建立了基于撞擊機率、撞擊事件類型和預警時間，可給出撞擊導緻死亡人數的定量評估指數。
資料分析顯示：100 年内威脅最大的NEA 是直徑約370 m 的編号99942 小行星， 預測在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（撞擊機率約為百萬分之七）；10 年内威脅最大的NEA 是直徑約18 m、編号2016NL39 小行星， 預計在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%（以數量計）的NEA 尚未被人類發現編目，可能對地球構成嚴重威脅；如直徑140 m 以上的約70%、直徑50~140 m 的約97%、直徑10~50 m 的約99%的NEA未被發現。這些大量未被發現的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，撞擊威脅難以準确預測，因而實際風險較已掌握情況嚴重得多；亟需提升NEA 探測水準、發展更為精确的撞擊風險預估理論及模型。從曆史情況看，直徑1 km 以上NEA 的撞擊事件發生機率較低，短期内難以有效實施在軌處置防禦；直徑10 m 以下的撞擊事件雖然頻發，但實際危害較小；因而直徑10~1000 m 的NEA 應是國際社會關注和應對防範的重點對象， 而直徑30~50 m 的NEA 則是“重中之重”。
國際上通常依據NEA 等效直徑，将撞擊風險和對應的預警及響應分為4 個等級：
①Ⅰ級風險（對應紅色預警），特别嚴重危害事件，重點對象為直徑140 m 以上的NEA，危害範圍為洲際級至全球；
②Ⅱ級風險（對應橙色預警），嚴重危害事件，重點對象為直徑50~140 m 的NEA，危害範圍為大型城市級至洲際級；
③ Ⅲ級風險（對應黃色預警），較嚴重危害事件，重點對象為直徑20~50 m 的NEA，危害範圍為中小城市級至大型城市級；
④ Ⅳ級風險（對應藍色預警），一般危害事件，重點對象為直徑20 m 以下的NEA，危害範圍為城鎮級至中小城市級。
（三）近地小行星撞擊風險的應對意義
與地震、洪水等自然災害不同，NEA 撞擊地球的危害具有以下特征：一是瞬間發生的全球性災害，在直徑50 m 以上特别是140 m 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，隻要持續提升監測預警能力，穩步增強國際合作，就可對NEA 的撞擊時間、撞擊落點、危害程度進行相對準确的提前預報；三是撞擊危害可防， 積極發展多手段在軌處置技術，形成一定的主動防禦能力，可完全避免或顯著降低撞擊造成的損失。
加強NEA 撞擊風險的應對工作，具有重要的現實意義和深遠的曆史意義。
一是貫徹落實總體國家安全觀不可或缺的重要實踐。NEA 撞擊地球的風險機率雖然不高，但危害極大，幾乎與國家安全體系中所有領域的安全密切相關；NEA 撞擊地球直接威脅居民生命财産安全， 影響經濟社會發展和安全穩定局面。穩妥應對NEA 撞擊風險，既是統籌各項事業全面發展的必然要求， 也是築牢國家安全基礎、推動深度融合發展的重要切入點。
二是引領科技創新發展的重要動力。應對NEA 撞擊風險，需要解決所涉及的天文學、數學、實體學、力學、地學、資訊科學、控制科學、航空宇航科學、法學等領域的基礎科學與關鍵技術問題，多學科交叉特征顯著。提升相關領域的科學技術水準并形成體系能力，是超前布局外層空間資源開發利用、牽引新型空間技術發展的重要途徑，也是輻射帶動關聯産業發展、加快建設科技強國、航天強國的應有之義。
三是推動建構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生，人類都身在其中，應對舉措的成效事關人類文明存續；因而做好撞擊風險應對、保護地球家園是人類、各國的共同責任。大陸積極應對NEA 撞擊風險，與國際社會一道保護人類安全，将彰顯負責任航天大國的良好形象，展現和平利用空間、增進人類福祉的一貫宗旨，支撐建構新型國際關系和人類命運共同體。
三、近地小行星撞擊風險應對的國際研究态勢
（一）撞擊風險應對流程
綜合國際上有關NEA 撞擊風險研究，應對流程可概括如下（見圖2）。
①監測預警，包括搜尋發現、跟蹤定軌及資料更新、物性測量、撞擊風險預報等，為撞擊風險評估提供輸入。
②撞擊風險評估，包括依據小行星軌道及理化特性參數開展撞擊機率計算、撞擊風險走廊預估、撞擊落點預報、撞擊效應分析等，為在軌處置提供輸入。
③在軌處置，在對危險NEA 進行預警的前提下，改變NEA 軌道以避免撞擊地球，或将NEA 分裂為碎片以避免或降低對地球的危害；包括處置任務規劃、處置方案設計、處置任務實施、處置效果評估，為開展災害救援工作提供輸入。
④災害救援，對于未能提前預警的撞擊事件或處置不成功的撞擊事件，建立撞擊災害應急響應機制，開展災害救援以降低災害損失并恢複環境。
圖2 NEA 撞擊風險的通用應對流程
（二）監測預警研究進展
NEA 監測預警方式有多種，按照觀測點位置可分為地基監測、天基監測，從技術原理角度又可細分為光學觀測、紅外譜段觀測、雷達探測。監測預警主要有3 類場景：
①日常編目場景，通過專用的天基、地基裝置，例行執行巡天搜尋以發現新的NEA，由精測望遠鏡進行跟蹤以擷取足量資料并進行定軌編目；
②威脅預警場景，針對日常編目中20 年内撞擊機率大于1% 的NEA，通過地基、天基等專用/ 兼用裝置開展精密跟蹤，擷取精密軌道并細化評估撞擊風險及危害；
③短臨預報場景，針對進入距地球7.5×10^6 km 範圍之内，撞擊機率大于10% 的NEA，開展加密跟蹤和特性測量，擷取理化特性并持續性預報撞擊區域（落點）資訊。
美國的NEA 監測預警項目開始于1992 年（“太空衛士巡天”項目），目前相對完整地建構了地基為主、天基補充的監測網絡，是世界近地天體監測技術的先行者和監測資料的主要貢獻者；監測發現體系具有不同口徑搭配、光學與雷達配合、南/ 北半球布局、專/ 兼結合等特點，國際編目貢獻率超過98%。例如，在日常編目方面，有11 台專用光學望遠鏡（口徑0.5~1.8 m），兼用望遠鏡最大口徑為4.2 m；平均每年新發現約1500 個NEA，建構資料庫并公開釋出；正在建設天基紅外望遠鏡（口徑0.5 m）、地基大視場巡天望遠鏡（口徑8.4 m）， 将形成監測1 AU 遠處直徑30 m NEA 的能力。
歐洲航天局（ESA）2013 年成立了行星防禦辦公室，組織開展NEA 監測、資料處理、在軌處置等技術研究工作；現有14 台兼用望遠鏡（口徑0.4~4.2 m），國際編目貢獻率為0.88%，正在建設口徑1 m 的“複眼”系統以顯著提升搜尋效率。
俄羅斯2002 年成立了行星防禦中心，現有9 台專用望遠鏡（口徑0.2~0.7 m）， 但面向國際共享的監測資料偏少（國際編目貢獻率為0.08%）；兼用望遠鏡最大口徑2.6 m，主要用于NEA 特性測量；2016 年投入使用的AZT-33VM 大型望遠鏡（直徑1.6 m）可對遠距離NEO 進行探測。
在監測編目的基礎上，美國利用地基光學裝置、阿雷西博射電望遠鏡、金石太陽系雷達等，開展有威脅NEA 的精确定軌、特性測量等研究，細化評估撞擊風險。建立的“哨兵”撞擊監測系統，可分析确定新發現NEA 的精确軌道，計算撞擊地球的機率；尋找未來100 年内可能與地球接近的NEA， 及時更新并公開釋出分析結果，為PDCO 提供決策支援。與此同時，對于大量短期内無法編目、可能突然接近地球的NEA，形成了良好的短臨預報能力（如2008 TC3、2014 AA、2018 LA、2019 MO 等數起NEA 撞擊地球事件）。
地基監測預警系統建設起步早、技術相對成熟， 是目前的骨幹裝置，但在精度、效率、能力上有其難以克服的固有缺陷，無法實作全空域、全天時監測預警，主要展現在：自身能力受大氣條件、台站位置制約，存在太陽光照區域“死角”，僅能監測約30% 的天域；屬于“守株待兔”工作模式，到達探測數量峰值耗時長，無法在給定期限内完成探測。天基監測預警系統具有監測範圍廣、追蹤手段多樣、軌道預測準确等技術優勢，能夠彌補地基監測系統的固有缺陷，成為目前各國重點建設方向， 但也面臨成本高、在軌維護困難、有效載荷配置單一等制約因素。後續，監測預警的裝置及技術發展方向表現為：地基為主轉向地基/ 天基協同，口徑進一步加大、視場繼續拓寬，可見光向紅外、單一波段向多波段內建轉變，重視前沿技術示範驗證和軟硬體更新；形成天地一體化監測預警能力，對直徑大于140 m 的NEA 完成不低于90% 的編目，開展直徑50 米級的NEA 監測預警及編目。
（三）撞擊災害評估研究進展
美國國家航空航天局（NASA）将超高速飛行器研制所發展的空氣動力學技術拓展應用到NEA 進入大氣層過程，建立了NEA 超高速進入大氣高溫流場、激波層輻射及燒蝕的耦合算法、進入過程中NEA 材料燒蝕及輻射效應的地面試驗手段、NEA 進入過程激波效應數值模拟方法，深入研究了NEA 的氣動熱環境、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展了模拟NEA 進入與撞擊效應的沖擊動力學方法，研究了NEA 進入中的解體、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 進入與撞擊風險分析評估系統（PAIR），可對設定的NEA 撞擊地球過程及效應進行定量分析，對地面人口和設施的危害開展定量評估，成為實施NEA 撞擊聯合應急桌面演習/ 演練的主要支撐工具。英國帝國理工大學、比利時馮卡門流體力學研究所、德國斯圖加特大學、捷克科學院等機構研究了NEA 超高速進入過程中的解體、空中爆炸、熱輻射以及撞擊地表成坑等問題，發展了相應的沖擊動力學仿真手段；英國科研機建構立了NEA 進入與撞擊效應模型，研制了NEA 撞擊災害評估軟體，提供開放使用服務。
目前，NEA 撞擊災害的研究熱點及難點有：精确描述NEA 撞擊地球全過程，揭示緻災與災害演化機理，建立全過程響應模型及災害演化模型。
①在NEA 極高速進入大氣效應與機理方面，國際上缺乏速度大于12 km/s 的高溫氣體模型、地面實驗技術，NEA 多孔隙、含裂紋、各向異性、幾何形貌複雜等特性進一步增加了問題難度，數十年來研究進展緩慢。
②在NEA 極高速撞擊地表效應與模組化方面，因相對速度極高（平均20 km/s）、撞擊地表産生固– 液– 氣– 等離子體多相混合态而成為實體– 力學– 化學強耦合過程，國際上尚不能開展此類極高速撞擊實驗；撞擊區材料處于固– 液– 氣多相混合狀态，描述此類狀态的寬區多相狀态方程的理論模組化還不成熟。
③在NEA 撞擊地球的緻災機理與長期環境效應方面，已有工作集中在沖擊波、地震、火災、濺射物、撞擊成坑、海嘯、火山爆發等單災種，而撞擊引發的各災種耦合效應研究未有開展，撞擊後的災害長期演化研究存在空白。
（四）在軌處置研究進展
在軌處置研究始于20 世紀80 年代，已經形成較完整的技術體系，重點發展兩類手段：以動能撞擊為主的瞬時作用方式，已開展在軌示範驗證任務；雷射燒蝕、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， 品質為370 kg 的銅制撞擊器在飛行4.3×108 km 後以10 km/s 的相對速度撞擊坦普爾1 号彗星彗核，驗證了動能撞擊防禦小行星的技術可行性。NASA、ESA 聯合開展了“ 小行星撞擊偏轉評估計劃”（AIDA），旨在進一步在軌驗證動能撞擊防禦技術。AIDA 項目中的“雙小行星重定向測試” （DART）任務由NASA 負責實施，已于2021 年11 月24 日成功發射；計劃在2022 年9 月，采用品質為550 kg 的撞擊器以6.6 km/s 相對速度撞擊距離地球1.1×107 km 遠的雙小行星（編号65803）中較小的B 星（直徑160 m），撞擊後預估B 星出現約0.4 mm/s 的速度變化，繞轉周期則縮短約10 min；随後采用地面光學裝置、伴飛小衛星（撞擊前10 天釋放） 開展聯合觀測，對抵近探測、動能撞擊、效能評估等關鍵技術進行示範驗證。ESA 承擔對撞擊效應及效果進行抵近測量與評估任務，相應的伴飛小衛星拟于2024 年發射、2026 年繞飛撞擊後的小行星， 可更精确地評估動能撞擊效果并修正動能撞擊偏轉模型。
在軌處置研究趨勢主要有：進一步在軌驗證動能撞擊偏轉技術的有效性，完善處置– 評估一體化技術；發展雷射燒蝕偏轉、拖曳等新型技術，從概念研究向關鍵技術攻關邁進；全面分析并評價單一處置技術對各類目标的适用性、效能及成本，開展多手段協同的高效處置方案設計；綜合在軌與地面示範驗證，加速小行星防禦能力的實用化程序。
四、大陸近地小行星撞擊風險應對的基本情況
（一）整體進展
大陸小行星防禦領域研究起步較晚，2000 年起依托國家國防科技工業局“空間碎片專項科研”， 才陸續形成空間碎片監測預警及清除等共性技術和裝置，為開展NEA 撞擊風險應對提供了關鍵基礎積累。2018 年召開了以“小行星監測預警、安全防禦和資源利用的前沿科學問題及關鍵技術”為主題的第634 次香山科學會議，聚焦研讨小行星安全防禦問題。2018—2020 年，組織召開了3 屆“全國行星防禦研讨會”。2019 年，“近地小天體調查、防禦與開發問題”入選中國科學技術協會第21 屆年會釋出的20 個對科學發展具有導向作用、對技術和産業創新具有關鍵推動作用的重大前沿科學問題和工程技術難題。2021 年10 月，第一屆全國行星防禦大會順利召開，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 撞擊風險應對問題開展方案論證工作。2021 年4 月，國家航天局表示，中國航天将論證明施探月工程四期、行星探測工程、國際月球科研站、NEA 防禦系統，由此啟動新時期大陸探索九天的新序章。2021 年，國家航天局牽頭論證制定大陸NEA 撞擊風險應對中長期發展規劃。《2021中國的航天》白皮書提出論證建設近地小行星防禦系統。可以認為，2021 年是大陸全面開展行星防禦業務架構、機制流程、體系能力建設的肇始之年。
（二）技術研究與對外合作情況
在地基觀測方面，中國科學院紫金山天文台的1 m 口徑望遠鏡是大陸僅有的1 台NEA 監測專用裝置（位于江蘇省淮安市盱眙縣，台站編号D29）， 已加入國際聯測網并支援日常編目工作，可監測直徑300 m 以上的NEA；至2021 年共發現33 顆NEA，國際編目貢獻率為0.13%。大陸另有32 台望遠鏡（口徑1 m 以上）也可兼顧NEA 監測。
在天基觀測方面，大陸還沒有在軌服役的天基監測預警裝備。大陸提出的建構天基異構星座的NEA 普查與定位系統（CROWN）方案，拟在距太陽0.6~0.8 AU 的類金星軌道上部署數顆小衛星（含1 顆搭載窄視場光學– 紅外望遠鏡的機動主星、多顆搭載寬視場光學波段望遠鏡的微小衛星）；衛星星座，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設計，由此形成普查與詳查相結合的天基任務模式。大陸學者還提出了地球領航軌道天基監測預警遠望鏡任務概念，通過在地球前方或後方約1×107 km 處部署天基望遠鏡， 為彌補地基監測盲區、預警來自白天方向的NEA 提供了可行方案。大陸迄今沒有自行建立小行星資料庫。
在撞擊災害評估方面，大陸開展了基于觀測資料的NEA 實體– 化學特性及其統計分布規律研究，先期探索了部分關鍵技術和地面縮比試驗方法；研究了NEA 進入地球大氣層的氣動熱環境、燒蝕、沖擊波、地面成坑及反濺碎片雲問題，發展了NEA 撞擊陸地與海洋的數值仿真方法，初步建立了NEA 進入大氣層、撞擊地表效應的分析評估模型。開展了動能撞擊偏轉小行星動量傳遞規律的模組化與仿真、基于雷射燒蝕驅動移除空間碎片地面試驗及半實體仿真系統的雷射偏轉防禦技術可行性等研究，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”等加強型動能撞擊防禦方案構思， 為防禦大尺寸潛在威脅NEA 提供了除核爆之外的新選項；開展了核爆防禦NEA 的作用機理數值仿真，獲得了不同核爆條件下的NEA 偏轉規律，同時開展了典型核設施在NEA 撞擊條件下的安全評估分析。
大陸高度重視NEA 防禦的國際合作，近年來在該領域的參與度穩步提高。2018 年，亞太空間合作組織理事會準許了亞太空間科學天文台項目，拟在8 個正式成員國（含中國）分别部署1 台小口徑望遠鏡，開展NEA 監測預警研究。2019 年，中國科學院和高校所屬的盱眙站、長春站、新疆站、威海站，參與了1999KW4 小行星國際聯合觀測。此外，對于行星防禦領域的法律法規，因涉及防禦的合法性、責任、義務、決策機制等寬泛内容，大陸相關研究尚處于起步階段。
（三）發展面臨的迫切問題
一是NEA 撞擊風險應對的頂層設計缺乏。大陸尚未形成該領域的頂層規劃與系統設計，對應的組織體系、流程機制、各個環節的工作責任主體尚未明确。
二是專用監測裝置與資訊平台缺乏。目前僅有1 台專用望遠鏡，隻能監測直徑300 m 以上NEA（亮度相當于絕對星等20），不具備NEA軌道編目能力；尚未自主建立NEA 資訊平台，無法彙聚資料并開展預警業務，監測預警資料依賴國際公開平台
。
三是相關科學研究與技術儲備不足。對于NEA 撞擊風險應對的科學與技術問題，系統梳理、體系布局、深化研究均有待開展，且目前重技術、輕科學的研究傾向突出；在軌處置技術基本上處于概念研究階段，撞擊災害評估與在軌處置研究深度、廣度均不足，撞擊災害評估與在軌處置全過程仿真模拟平台未能建立，無法支援開展全過程演習/ 演練。
四是行星防禦領域的國際貢獻率低、話語權小。受限于NEA 監測裝置和技術能力，國内機構向國際社會提供的觀測資料較少，沒有形成與大陸國際地位相比對的影響力。尤其在相關國際規則研究與制定方面，未能積極發聲，缺少話語權，與大陸負責任航天大國形象不符。
五、大陸近地小行星撞擊風險應對
處置體系與重點任務
（一）應對處置體系發展目标
結合國情、展現共性，按照“夯基礎、補短闆、挖潛力、強體系、上水準”的原則，穩步發展大陸NEA 撞擊風險應對處置體系。國際前沿的研究水準與保障有力的業務能力并重，以此為核心目标開展處置體系建構；實施小行星天地協同監測網、在軌處置示範驗證系統、重大災害救援系統等重大工程， 形成“監測精準、預警可靠、處置有效、救援有力” 的行星防禦能力。
在近期（2025 年前），重點建構NEA 監測預警網絡，具備直徑140 米級NEA 自主發現與持續編目能力，提升大陸的國際編目貢獻率；完成動能撞擊等在軌處置關鍵技術研究，擇機開展在軌處置技術示範驗證；初步建立特種災害救援力量體系， 提升災害救援先進适用裝備的供給能力；建立國内應對工作機制與國際合作機制。
在中期（2030 年前），重點提高在軌處置能力， 建立天地協同的監測預警網絡；具備直徑50 米級NEA 自主發現與持續編目能力，建設以自主資料為基礎的NEA 資料庫，進一步提升大陸的國際編目貢獻率；開展動能撞擊等處置技術及處置效果評估的在軌示範驗證，形成直徑50 米級NEA 的在軌處置技術能力；常态化開展聯合演習/ 演練，提升特種災害救援綜合能力。
在遠期（2035 年前），全面提升體系應對能力， 建成全面可靠的監測預警網絡；具備直徑30 米級NEA 自主發現與持續編目能力，大陸的編目貢獻率達到國際先進水準；深化處置技術在軌示範驗證， 具備直徑50 米級NEA 的多手段在軌處置技術能力；顯著提升複合型巨災應急救援綜合實力，着力建構行星防禦領域人類命運共同體。
（二）應對處置體系構成
按照NEA 撞擊風險的應對處置流程，應對處置體系主要分為決策指揮層、組織協調層、執行層（見圖3）；成立專家委員會支撐各層級技術工作，制定工作機制并規範流程，形成科學的層級工作程式。決策指揮層負責防範NEA 撞擊相關重大事項決策。組織協調層負責資源協調與任務規劃， 例行開展正常工作。執行層負責防範決策的具體實施，涉及監測預警、在軌處置、災害救援、國際合作等主要方面：
① 開展常态化監測，在發現NEA撞擊威脅後實施應急監測，及時判明風險、通報預警資訊，為在軌處置提供預警資料和輸入；
②評估NEA撞擊危害、制定處置方案，實施在軌處置任務，評估處置效果；
③在平時做好應急準備，得到預警、危害評估資訊後啟動實施應急救援，在撞擊事件發生後進行緊急恢複；
④參與國際聯測/聯防/聯援并交換共享資料，國際相關政策法規和标準制定，提出發揮大陸影響力的NEA撞擊風險應對國際研究計劃等。
圖3 大陸NEA 撞擊風險的應對處置體系構成
（三）應對處置體系重點建設任務
1. 監測預警
建設重點在于天地一體化監測系統和綜合服務平台。按照“天地協同、能力互補、場景驅動、業務運作”基本思路，建構精準預警、常态運作的天地一體化協同監測預警體系。
立足現有地基裝置基礎條件，增建直徑140 米級NEA 日常編目能力，形成多口徑搭配、多功能結合、高效協同的地基監測網。按照“國内優化布局、推動海外建站、普測/ 精測全面發展”的技術路線， 建設國際一流水準的地基監測網。建構“可視天區互補、分時協同編目、短/ 臨發現告警、廣域巡天普查”的天基監測網，具有與地基監測網高效聯合作業的能力。按照“開展驗證試驗、部署監測系統、能力更新完善”的技術演進路線，全面突破天基監測系統總體布局、先進監測載荷等關鍵技術。重點關注可在近地軌道、地月平動點、月球、日地平動點、地球公轉軌道、類金星軌道等進行部署的天基監測裝置（如圖4），豐富天基監測手段，力争盡快實作對先發國家、國際先進水準的追趕和超越。
圖4 天基監測預警系統和裝置布局示意圖
綜合服務平台具有任務規劃、資料內建、編目更新、風險研判、資訊釋出、決策指揮、資源排程、救援支援等各類能力。按照“初步建構平台、開展示範應用，拓展更新應用、開展業務運作，強化内聚外聯、有效支撐決策”的發展路線，開發先進軟體、配齊必要硬體，為天地監測網的協同運作及預警業務實施提供綜合服務保障。
2. 在軌處置
建設重點在于發展以動能撞擊為主的在軌處置技術體系，開展有中國特色、國際亮點的在軌處置示範驗證任務。以處置– 評估結合、多目标/ 多手段協同作用等在軌飛行任務為牽引，開展以動能撞擊瞬時作用為主、拖曳及雷射偏轉等長期作用為輔、兼顧新概念處置技術的關鍵技術研究；發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體系，綜合評估效能（如效率、成熟度、成本）， 明确場景适應性；建立在軌處置決策支援與評估、任務全流程設計仿真、地面試驗驗證等系統，支援地面推演與在軌驗證。按照“撞得上、撞得動、防得住”的政策，分步實施具有國際顯示度及影響力的在軌示範驗證任務，形成直徑50 米級NEA 多手段協同在軌處置任務能力。基于NEA 目标理化特性，研究撞擊地球的各種危害效應，建立危害效應的理論模型。在“探月工程”基礎上，研究、試驗、建設兼顧天基監測預警與在軌處置能力的“觀– 處” 一體化體系方案，是大陸行星防禦領域趕超國際先進水準的突破口。
3. 災害救援
立足現行的國家應急救援體系，針對NEA 撞擊地球的災害特點，重點發展複合型巨災應急救援能力；按照“健全體制機制、完善綜合能力、顯著提升能力”的發展路徑，分步開展建設，同步完善各級應急指揮機構。建立覆寫多災種、災害鍊的監測評估預警系統，優化複雜場景下災情演化及快速評估模型，實作利用模拟仿真平台開展NEA 撞擊災害救援演習/ 演練的常态化。針對性加強NEA 撞擊風險應對所需的特種災害救援力量，提升重大場景下的保障能力。
4. 有關前沿基礎研究
依據“引領學科發展，牽引并支撐未來重大任務”的基本原則，着眼未來5~10 年行星防禦發展趨勢，開展有關基礎研究和概念性/ 原理性研究， 提升領域基礎研究與創新能力，培育專精人才隊伍。圍繞NEA 的軌道運作規律、實體化學特性、撞擊效應與緻災機理、處置響應機理等方向，布局前沿基礎科學問題研究，如小行星起源與演化、小行星軌道動力學演化機制、NEA 物質組成/ 結構特性/ 輻射特性、NEA 在大天體攝動影響下的軌道不确定性、NEA 進入大氣層的熱– 力學耦合/ 燒蝕/ 爆炸解體機理、NEA 撞擊地表的瞬時作用及引發的次生災害機理、NEA 撞擊對地球環境的長期演化影響、動能撞擊下NEA 的動态響應與能量傳遞規律、近距離核爆對NEA 的作用機理及效應、雷射燒蝕等非接觸式作用下的NEA 偏轉機理及軌道偏移規律等。
5. 國際合作
NEA 撞擊危害的特點決定了有效防禦離不開國際合作。采取“重點提升融入程度、着力發展區域合作、貢獻更多中國力量”的基本思路，根據國情實際，深度參與國際組織機構（如IAWAN、SMPAG、PDC），積極開展雙邊和多邊國際合作。在雙邊國際合作方面，充分利用大陸航天雙邊合作機制，開展聯合觀測、聯合處置、聯合救援，提高資料共享水準，推動實作應對“共商”、裝置“共建”、資料“共享”，激發航天合作新活力。在多邊國際合作方面，深入參與相關國際合作規則制定與完善工作，以建構外層空間人類命運共同體理念為指導， 提出由大陸主導的NEA 撞擊風險應對的國際研究計劃、國際談判規則、國際合作機制建議方案。
六、對策建議
（一）加強撞擊風險應對能力頂層設計和長遠謀劃
充分發揮我新型舉國體制優勢，加強組織體系及應對流程機制建設，明确各環節責任主體。強化領域頂層設計，加快制定并适時釋出NEA 撞擊風險應對的中長期發展規劃及路線圖。可按照2025 年前重點建構監測預警體系，2030 年前重點提高應對處置能力，2035 年前全面提升體系應對能力的步驟安排，盡快實作撞擊威脅可測、可防，形成與國際地位相比對的NEA 國家級應對能力體系。
（二）高效建立“内聚外聯”撞擊風險應對業務體系
組建NEA 撞擊風險應對專家委員會，為撞擊風險應對提供智力支撐。依托優勢技術機關，設立國家小行星監測預警研究中心。建立小行星資訊平台，打造高水準、業務化、開放型的國家研發力量， 常态化開展日常編目、威脅預警、短臨預報、資訊分享等業務工作。增強行星防禦資料安全、提升國際話語權，保障國家層面工作協同機制開展NEA 風險防禦相關工作。積極調動社會力量介入，可部分采用商業化發展模式。
（三）快速形成撞擊風險應對能力與創新能力
建議設立國家自然科學基金委員會– 國家國防科技工業局行星防禦聯合基金，以重大專項方式支援NEA 撞擊風險應對涉及的基礎科學問題研究， 為行星防禦工程提供堅實的科學基礎支撐。建議統籌國家國防科技工業局空間碎片專項科研、民用航天科研等管道，結合正在論證明施的行星探測工程， 設立NEA 撞擊風險應對國家科技重大專項，支援行星防禦關鍵技術攻關及體系能力建設，盡快建立體系化的NEA 撞擊風險應對能力。建議盡早成立深空探索國家實驗室，彙聚相關領域優勢力量，建構科學、技術、工程協同一體的創新研發體制機制， 支撐行星防禦國家科技協同創新平台建設。
（四）着力建構行星防禦領域人類命運共同體
居安思危、未雨綢缪，從建構人類命運共同體理念出發，以開放、包容、合作、引領的姿态參與行星防禦國際事務，聯合開展NEA 撞擊風險應對工作。深度參與聯合國有關組織，發揮主動作為， 彰顯大陸負責任航天大國的良好形象。與國際社會共商“聯防”機制、共享“聯測”資料、共建“聯援” 力量，為世界行星防禦積極貢獻中國智慧、中國方案、中國力量。
注：本文内容呈現略有調整，若需可檢視原文。
作者介紹
吳偉仁
航天測控通信與深空探測工程總體技術專家，中國工程院院士。
主要從事航天測控通信和深空探測技術研究與工程實踐。
說明：論文反映的是研究成果進展，不代表《中國工程科學》雜志社的觀點。