謝懿

除了月球和火星之外，小行星也是近些年太空探測(cè)的熱點(diǎn)。飛往小行星同樣是充滿危險(xiǎn)的遠(yuǎn)征，往返一顆近地小行星大約需要6個(gè)月的時(shí)間，而太陽(yáng)耀斑很有可能讓航天員暴露在致命的輻射下。與其讓宇航員深入行星際空間去執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間高風(fēng)險(xiǎn)的任務(wù)，為什么不把小行星弄到我們身邊來(lái)呢？現(xiàn)在，科學(xué)家正在籌劃“劫持”一顆小行星并把它拖到月球的軌道上，使它成為人類進(jìn)一步深入太空探索未知的踏腳石。

確定目標(biāo)

捕捉小行星并不是個(gè)全新的想法。幾十年來(lái)，科幻作家和未來(lái)學(xué)家已經(jīng)討論了諸多小行星對(duì)于人類向太空擴(kuò)張的重要性。早在1903年，富有遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)的俄羅斯火箭科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基在自己一篇題為《通過(guò)反作用引擎探索宇宙》的論文中對(duì)捕捉小行星進(jìn)行了構(gòu)想和描述。

一百多年以來(lái)，得益于關(guān)鍵性的技術(shù)發(fā)展，這個(gè)夢(mèng)想如今已變得可行。在國(guó)際研討會(huì)上，來(lái)自眾多研究機(jī)構(gòu)的與會(huì)者研究了如何才能識(shí)別、自主捕獲一顆近地小行星，并將其帶回地球附近。

科學(xué)家最想捕捉并帶回地球的是黑色的碳質(zhì)C型小行星。碳質(zhì)小行星非常多樣，含有豐富的揮發(fā)性物質(zhì)（例如水）、復(fù)雜的有機(jī)分子、干燥的巖石以及金屬。它們的數(shù)量并不多，只占已知小行星總數(shù)的20%左右，而且由于顏色漆黑而很難被發(fā)現(xiàn)。科學(xué)家們心目中的目標(biāo)小行星大約只有一幢小樓那么大，直徑7～10米，這樣一顆小行星的引力幾乎可以忽略不計(jì)：這也意味著，與電影《世界末日》不同，航天員是無(wú)法在這顆小行星上正常行走的。

天文學(xué)家面臨的困難挑戰(zhàn)是：能被航天器拖走的小行星太小、太暗，極難被找到。只有當(dāng)這些小行星極為靠近地球時(shí)，地面天文臺(tái)才能發(fā)現(xiàn)它們。預(yù)計(jì)將在2018年投入使用的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡將會(huì)把目前最高的搜索效率提高約150倍。

能夠被帶回地球的小行星，必須具有與地球幾乎相同的軌道，而且它相鄰兩次最靠近地球的時(shí)間間隔不超過(guò)10年。一個(gè)最有可能的目標(biāo)是小行星2008 HU4，科學(xué)家估計(jì)它的直徑約為7米。預(yù)計(jì)這顆小行星下一次近距離飛掠地球的時(shí)間是2026年。

套住小行星

天文學(xué)家是不會(huì)使用電影《星際迷航》中的牽引光束來(lái)拖動(dòng)小行星的。形象地說(shuō)，最可行的辦法是用無(wú)人航天器把這顆小行星裝入一個(gè)大袋子，然后把它帶回家。

如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，小行星捕捉飛船將會(huì)在2017年發(fā)射?；鸺?0噸的飛船送入近地軌道。然后，飛船在微弱但可連續(xù)工作的離子發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)下，以螺旋形路線飛出地球的引力場(chǎng)。在穿越地球周圍的范艾倫帶（環(huán)繞地球的高能粒子輻射帶，在近層宇宙空間，距離地球一百公里到幾百公里的空間中）時(shí)，其中的輻射會(huì)使得飛船上太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)化效率降低20%，飛船航行近700天后到達(dá)目標(biāo)小行星附近與小行星會(huì)合后，飛船把軌道調(diào)整到與小行星的自轉(zhuǎn)軸一致。然后它釋放出一個(gè)巨大的捕捉袋，緊緊包裹住小行星。之后，飛船和小行星繼續(xù)在太空中轉(zhuǎn)動(dòng)，直到飛船的推進(jìn)器點(diǎn)火，小行星才停止自轉(zhuǎn)。

飛船拖著這顆小行星，需要1000天才能回到地球附近。任務(wù)控制人員將它們送入一條能夠被月球的引力所俘獲的軌道，然后花250天的時(shí)間不斷修正這一軌道。最終，它們抵達(dá)一條位于月球表面上方約61000千米的軌道。這條軌道的穩(wěn)定時(shí)間可以超過(guò)100年。

這顆小行星將穿梭于地月系統(tǒng)的第一和第二拉格朗日點(diǎn)之間，這兩個(gè)點(diǎn)是地球和月球引力的平衡點(diǎn)。第一拉格朗日點(diǎn)位于地球和月球之間，第二拉格朗日點(diǎn)則位于地月連線上月球的遠(yuǎn)端。畢竟，相比地球軌道，月球軌道是安置這顆小行星更為安全的地點(diǎn)了。

采集樣本

一旦小行星抵達(dá)最終軌道，美國(guó)國(guó)家航空航天局將發(fā)射“獵戶座”飛船與其匯合，航天員小心地操縱著“獵戶座”飛船，慢慢接近小行星，隨后使用機(jī)械臂與小行星捕捉飛船對(duì)接。整個(gè)過(guò)程和航天飛機(jī)的航天員用機(jī)械臂抓住哈勃空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行維修十分類似。

航天員在“獵戶座”飛船和小行星捕捉飛船之間架設(shè)連接桿，用作前往后者的通道。捕捉飛船上裝有可供航天員爬向小行星的欄桿，作為航天員的太空作業(yè)平臺(tái)。因?yàn)樾⌒行强赡墚a(chǎn)生嚴(yán)重的粉塵危害，所以它仍將被包裹在封套里。航天員就像偷看生日禮物的小孩一樣，揭開(kāi)部分封套進(jìn)行采樣工作。這將是人類的手第一次觸碰到早于地球形成時(shí)期的原始太空物質(zhì)。他們還會(huì)拍攝成百上千張照片并把它們傳回地球。

航天員使用各種手動(dòng)工具來(lái)鑿取小行星的表面物質(zhì)，把樣本密封并貼上標(biāo)簽后送回地球?？茖W(xué)家將對(duì)這些45億歲的巖石進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，美國(guó)國(guó)家航空航天局將制定探測(cè)這顆小行星的第二期任務(wù)，進(jìn)行更細(xì)致的采樣。美國(guó)國(guó)家航空航天局很大程度上把最初的探訪看作技術(shù)演示和人員訓(xùn)練，希望這些方法有朝一日可以用在開(kāi)采小行星和處理其物質(zhì)上。航天員也可能把采集的樣本送到國(guó)際空間站，在微重力環(huán)境下對(duì)一些物質(zhì)進(jìn)行處理，無(wú)論在太空還是在地面上，科學(xué)家都將對(duì)樣本進(jìn)行徹底分析，以此了解小行星在未來(lái)空間探測(cè)中能發(fā)揮怎樣的作用。

太空前哨

被捕捉的小行星可以提供大量的資源：硅酸鹽、水、金屬大部分為鐵、鎳和鈷）等。單是水的價(jià)值就可能相當(dāng)于等質(zhì)的黃金。因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)太陽(yáng)能分解成用作火箭燃料的氫和氧，氧氣還能為航天員呼吸所用。提取的其余物質(zhì)可以為建造太空建筑提供必要的金屬和礦物。這顆小行星還能成為深空探測(cè)的前哨站。

捕捉小行星計(jì)劃最吸引人的地方在于，它比直接派人去小行星所需要的投入少得多。為了把某樣?xùn)|西送入或者送出地球軌道，需要克服強(qiáng)大的地球引力。這就要求運(yùn)載火箭攜帶比有效載荷還重的燃料。這正是發(fā)射成本非常驚人的原因。發(fā)射與一顆小行星質(zhì)量相當(dāng)?shù)呢浳镞M(jìn)入地球軌道要花費(fèi)大約200億美元?？梢韵胂笠幌拢绻⌒行遣蹲綄?shí)驗(yàn)取得成功，無(wú)人探測(cè)器將不斷地把小行星物質(zhì)運(yùn)回地月系統(tǒng)，而每一次任務(wù)的成本預(yù)計(jì)只有10億美元。

這一計(jì)劃也有助于科學(xué)家完善保衛(wèi)地球的小行星防御策略：例如，實(shí)驗(yàn)可以揭示把機(jī)器人附著到一顆小行星上的最佳途徑，這樣科學(xué)家就能給可能威脅地球的小行星植入信號(hào)發(fā)射器，進(jìn)而精確地跟蹤它?？茖W(xué)家還可能使用機(jī)器人把火箭發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到小行星上，由此偏轉(zhuǎn)小行星的運(yùn)行軌道。

另一種使小行星轉(zhuǎn)向的技術(shù)是使用投射物擊中小行星來(lái)改變其路線?？茖W(xué)家相信，直徑100米左右的小行星每隔幾百年就會(huì)撞擊一次地球，它們可能會(huì)帶來(lái)致命的后果。然而，對(duì)于有多少動(dòng)能從投射物轉(zhuǎn)移到小行星上，科學(xué)家目前還只能通過(guò)猜測(cè)。月球軌道上被捕獲的小行星可以作為這類撞擊實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)。——這聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)像好萊塢科幻電影中的驚險(xiǎn)場(chǎng)景：一顆小行星正風(fēng)馳電掣奔向地球，其強(qiáng)大的沖擊力可能對(duì)地球造成致命后果，科學(xué)家“劫持”另一顆無(wú)害小行星，撞向這顆殺手小行星，從而使它偏離地球軌道，順利完成拯救任務(wù)。

最終，科學(xué)家可能會(huì)在被捕獲的小行星內(nèi)部安裝一個(gè)核裝置，隨后飛船牽引著小行星重新回到繞太陽(yáng)的軌道上，然后將其引爆，以此“拆除”威脅地球的小行星。