新添“復(fù)眼”，如何精準(zhǔn)瞄準(zhǔn)近地小行星？

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導(dǎo)語：“復(fù)眼工程”二期——大規(guī)模分布孔徑深空探測雷達(dá)項(xiàng)目在重慶市云陽縣開工，計(jì)劃于2025年建成，建成后將成為世界上綜合性能最強(qiáng)的深空探測雷達(dá)，能夠?qū)崿F(xiàn)對千萬公里外小行星的細(xì)節(jié)探測，為我國近地小行星撞擊防御和行星科學(xué)研究提供重要支撐。

一、小行星撞擊是生命覆滅關(guān)鍵原因

2.9億年前開始，由于火星和木星軌道之間的小行星帶產(chǎn)生了某種大規(guī)模碰撞，導(dǎo)致了小行星撞擊地球的頻率增長了兩三倍。較大的小行星一旦撞擊到地球，釋放的能量遠(yuǎn)超核武器，將釀成行星級別的災(zāi)害，甚至?xí)Φ厍虻牡刭|(zhì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

小行星撞擊造成了恐龍的滅絕

6500萬年前，撞擊尤卡坦半島北部的10千米直徑小行星導(dǎo)致了白堊紀(jì)-第三紀(jì)滅絕事件，是恐龍滅絕的主要原因。自地球誕生以來，小行星撞擊是地球的最大威脅之一，倘若人類文明也遭受這樣的事件，其后果可想而知。

尤卡坦半島的巨大隕石坑

隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，世界各國開始不斷發(fā)展小行星的防御計(jì)劃和相關(guān)技術(shù)。小行星防御系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)是具備強(qiáng)大和常態(tài)化的深空探測能力，可以對廣闊太空的目標(biāo)實(shí)施精確定位和成像，“復(fù)眼工程”的推進(jìn)正不斷接近這一目標(biāo)。

二、“復(fù)眼工程”觀測小行星細(xì)節(jié)

傳統(tǒng)的雷達(dá)如要進(jìn)行遠(yuǎn)距離觀測需要極大孔徑，例如阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，耗資甚巨，且工程上較難實(shí)現(xiàn)。基于信號處理手段，利用多部小孔徑雷達(dá)實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作并合成大孔徑雷達(dá)的效果一直是一個(gè)更具效率的方案，它能夠突破傳統(tǒng)集中孔徑雷達(dá)的功率、孔徑局限，隨著系統(tǒng)中雷達(dá)數(shù)量的增加，能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)距離的深空成像。

我國的“復(fù)眼工程”正是采用了這種技術(shù)，原理類似于昆蟲復(fù)眼，與人類的單眼不同，昆蟲依靠多個(gè)小視覺神經(jīng)由大腦處理實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離觀測，這也是它被冠名為“復(fù)眼工程”的原因。

昆蟲能夠合成復(fù)眼接收到的信息

“復(fù)眼工程”計(jì)劃建設(shè)世界上探測距離最遠(yuǎn)的雷達(dá)，主要通過合成孔徑雷達(dá)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，目的是通過高分辨率觀測小行星滿足近地小行星防御等國際重大需求，并進(jìn)一步研究不同小行星的形成原理，填補(bǔ)我國在該領(lǐng)域的空白。

此工程中，系統(tǒng)中的每一部雷達(dá)都有獨(dú)立的天線、發(fā)射機(jī)與接收機(jī)，構(gòu)成單個(gè)獨(dú)立的收發(fā)單元，相當(dāng)于昆蟲的單個(gè)視覺神經(jīng)。但在此基礎(chǔ)之上，每一部雷達(dá)都通過數(shù)據(jù)鏈路與中心的計(jì)算系統(tǒng)相連，通過相關(guān)的算法完成信息的過濾和整合，最終完成三維的成像，從而能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的超大孔徑雷達(dá)。

該項(xiàng)目第一期由4部16米孔徑的雷達(dá)組成，已經(jīng)于2022年末建設(shè)完成，并成功拍攝了月球地形三維雷達(dá)圖像，證明了該技術(shù)方案可行；目前正在進(jìn)行的第二期將建設(shè)25部30米孔徑雷達(dá)，探測距離和精度都將繼續(xù)提升，目標(biāo)是能夠初步探測類地行星、近地小行星（千萬公里級別距離）和木星伽利略衛(wèi)星（木星最大的四顆衛(wèi)星）的大致地形；“復(fù)眼工程”的第三期計(jì)劃建設(shè)雷達(dá)單元數(shù)量至百部以上，目的是拓展人類通過雷達(dá)進(jìn)行深空探測的邊界，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的總體效果，為太陽系中的更多天體描繪細(xì)致的三維圖像，加強(qiáng)我國行星科學(xué)方面的研究。

“復(fù)眼工程”一期已經(jīng)完成了月球表面的三維成像

“復(fù)眼工程”二期概念圖

三、深度融入小行星防御計(jì)劃

美國和歐洲航天局之前已經(jīng)相繼提出了自己的小行星防御計(jì)劃，其中美國已經(jīng)在“小行星重定向”計(jì)劃中發(fā)射衛(wèi)星撞擊改變了一顆小行星的軌道。

美國的撞擊試驗(yàn)已經(jīng)改變了小行星的軌道

基于對全人類命運(yùn)的思考和責(zé)任，我國提出了在“十四五”期間逐步建設(shè)小行星防御系統(tǒng)，目標(biāo)是開發(fā)出一種技術(shù)或方法來防止和解除小行星撞擊地球的威脅。“復(fù)眼工程”作為整個(gè)防御系統(tǒng)的一部分，旨在提供高效探測小行星的工具。針對小行星，目前主要的思路仍然是采用通過動能撞擊改變軌道，我國計(jì)劃在2025年左右尋找一顆有威脅的小行星，既進(jìn)行抵近觀測，又實(shí)施就近撞擊，就改變其軌道進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)。此外，在這套體系下，面對大體積的小行星，也可以采用大當(dāng)量核彈炸碎小行星的方案，最終目的是使剩下的碎片對地球無害化。

小行星撞擊地球想象圖

通過不斷完善小行星防御上的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)未來人類真正需要應(yīng)對小行星朝向地球的撞擊時(shí)，也能夠做出中國貢獻(xiàn)。

另一方面，小行星既可能對地球造成危害，又可以說有相當(dāng)?shù)睦脙r(jià)值。相關(guān)的研究顯示太陽系中的部分小行星蘊(yùn)含水、碳以及大量地球上的稀缺資源，隨著對小行星的深入了解，開發(fā)利用小行星資源是人類太空探索能力不斷增強(qiáng)的必然結(jié)果。地球資源終究有限，并且將質(zhì)量擺脫引力運(yùn)上太空的代價(jià)過大，能夠開發(fā)太空資源用于宇宙探索的正向循環(huán)或許是人類邁向星際文明相當(dāng)關(guān)鍵的一步。

作為我國小行星探索工程的關(guān)鍵組成部分，“復(fù)眼工程”的另一個(gè)主要用途就是為發(fā)射小行星探測衛(wèi)星提供探測支撐，協(xié)助積累小行星相關(guān)的技術(shù)資料。

部分小行星擁有大量的金屬資源

結(jié)語：

迄今為止，人類已經(jīng)在不長的歷史中建立了燦爛的文明，但從宇宙的層面上看，我們?nèi)匀皇执嗳酢τ谛⌒行堑姆烙还馐羌夹g(shù)問題，更具哲學(xué)意義，做出的相關(guān)技術(shù)努力關(guān)系著人類是否能成為地球歷史上第一種擺脫行星限制、邁向星際的生命。