小行星撞擊是地球生命面臨的重大潛在災難性威脅，發生概率極低，但危害極大。小行星在地球歷史上多次撞擊地球，甚至造成生態環境災變和物種滅絕。小行星撞擊被認為是6600萬年前恐龍滅絕的主要原因。為提高人們對小行星撞擊危害的認識，2016年聯合國大會第A/RES/71/90號決議正式將每年6月30日定為國際小行星日。
2017年、2018年、2019年、2020年連續四顆火流星分別襲擊了我國雲南省香格里拉、雲南省西雙版納、吉林省松原、青海省玉樹地區，引發了社會熱議以及國內學者和政府機構對行星防禦研究的重視。2021年4月24日，在中國航天日開幕式上，中國國家航天局局長張克儉表示“站在新的歷史起點，中國航天將論證實施探月工程四期、行星探測工程、建設國際月球科研站和近地小行星防禦系統，拉開新時代探索九天的新序章”。
針對傳統動能撞擊（Classical Kinetic Impactor, CKI）在短期預警時間條件下無法有效防禦直徑140米級危地小行星的問題，中國科學院複雜航天系統電子信息技術重點實驗室王藝睿博士、李明濤研究員、周炳紅研究員、中國空間技術研究院北京衛星環境工程研究所龔自正研究員、中國運載火箭技術研究院北京宇航系統工程研究所王建明高工、王傳魁高工，設計了航天器火箭末級組合動能撞擊方案（Assembled Kinetic Impactor, AKI，簡稱“末級擊石”）：即航天器進入深空逃逸軌道后，火箭末級與航天器不實施星箭分離，由航天器操控末級組合體撞向危地小行星，從而充分利用火箭末級的剩餘重量，提升撞擊小行星的動量，進而提升小行星軌道偏轉能力。
圖1 “末級擊石”行星防禦任務方案示意
參考長征五號運載火箭的技術參數，假設火箭末級重量為6.5噸，以偏轉直徑約492米的Bennu小行星軌道為例開展了數值仿真。結果表明，相比於傳統動能撞擊方案，利用單髮長征五號發射“末級擊石”任務的偏轉效果可等效於三髮長征五號發射傳統動能撞擊任務的偏轉效果。同時，對於十年內偏轉直徑140米的小行星軌道，偏轉距離可由不足一倍地球半徑提升至一倍地球半徑以上，為十年預警時間條件下偏轉直徑140米級危地小行星提供了一種潛在高效技術手段。
表1 兩種動能撞擊方式對140米級小行星的防禦效果對比
該成果以“Assembled Kinetic Impactor for Deflecting Asteroids by Combining the Spacecraft with the Launch Vehicle Upper Stage ”為題，於近期發表在行星科學領域知名期刊Icarus上，審稿人評價該文章“This is an intriguing, simple and, to my knowledge, novel idea（有趣、簡單、新穎的想法）”。
該成果得到北京市重大科技專項、民用航天技術預先研究、中科院青年創新促進會優秀會員項目、中科院創新交叉團隊和中科院國家空間科學中心重點培育方向等課題資助。
引用：Yirui Wang，Mingtao LI et al (2021). Assembled Kinetic Impactor for Deflecting Asteroids by Combining the Spacecraft with the Launch Vehicle Upper Stage，Icarus. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2021.114596
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