《自然》撰文提出小行星或為星際旅行更好途徑

捕獲小行星是一件讓人費神的事，但卻是人類進行星際旅行最好的跳板。

人類進入宇宙后下一步要進行的巨幅跨越將是星際旅行。然而，科學界對此的共識卻是即便要邁出一小步也艱難萬分。今年6月，美國國家研究理事會的一份報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質性的建議。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，讓有些無聊的宇航員可以有所去處、有所事事？美國宇航局（NASA）需要在2015年1月美國總統(tǒng)奧巴馬的新財政預算出臺之前，決定走哪一條路。

每周至少有一顆直徑10米左右的小行星會與月球擦肩而過。圖片來源：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。人類宇宙探險活動的成本與復雜性要求對涉及其中的每個元素認真估量，實現(xiàn)人類的終極目標：登陸火星。

但是NASA的下一個優(yōu)先計劃針對的卻并非這個目標。小行星返回任務（ARM）是一項耗資數(shù)十億美元的項目，其目標是捕獲小行星上的物質，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備如一個巨大的捕獲兜，或是一個類似由Rube Goldberg設計的巨型街道游戲機爪的裝置，但這些裝置對人類登陸火星而言卻并無用處。

還有一種更好的方式。由于每年都有上萬顆像船運集裝箱大小或是更大一些的小行星近距離經(jīng)過月球。比如今年9月險些錯過觀測的小行星2014RC?？茖W家需要在距離較遠時事先找到它們的蹤跡，這樣大量載人航天任務的機遇之窗將隨之開啟。

人類宇宙探索門戶的開啟需要三個條件：對小行星進行一次全面調(diào)查，從成千上萬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)更好的自動化交通工具與器械，不論行星的大小、形狀或是旋轉速度如何，宇航員都可以對其進行探查。而且行星調(diào)查還可以對未來小行星撞擊地球的危險進行審慎的預先評估。

“擦肩”過客

圍繞太陽運轉的小行星大多數(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一些小行星進入距離地球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。最小的小行星數(shù)量也最多，它們經(jīng)常騷擾地球，每天宇宙中都會有數(shù)噸來自這些最小行星上的顆粒物和卵石雨，每年還會有一些米級的小行星撞擊地球。

在2013年2月，一顆直徑約20米的小行星照亮天空，隨后落在俄羅斯車里雅賓斯克市，震碎了該市的許多窗玻璃，此次撞擊事件已經(jīng)越過天降隕石的門檻，給地球上的人類造成極大危害。而平均每50年就有一次類似車里雅賓斯克的小行星撞擊地球事件，這些小行星經(jīng)常會落進海里。比如距今1.37億年前至6500萬年前的白堊紀時期，就有一顆直徑約10公里的小行星撞擊地球并落進了海里。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，NEAs一直被認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，而不需要其他專門的登陸設備。

軌道在地球與火星之間的小行星為檢驗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。人類的首個航天任務可能只會持續(xù)數(shù)周，難以到達更遠的地方；但未來的探索能力將會達到數(shù)月，并成功進入更遠的星際空間，最終證明火星對于人類來說不過是唾手可得。

2009年，一項由美國總統(tǒng)授權的航天任務已認識到，NEAs是一種低成本、可實現(xiàn)人類登陸火星目標的“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”作為美國太空探索的航向。盡管這與美國前總統(tǒng)肯尼迪在1961年5月的演講中亮出登陸月球的計劃相比，聲勢有些微弱，但NASA布局者已把奧巴馬的話作為航標。

現(xiàn)實問題來了：在21世紀20年代中葉，讓人類抵達任何已知的近地行星依然超出了當前航空系統(tǒng)的科技能力與財政預算能力。因此登陸ARM日程已經(jīng)重新孵化：無須再派人登陸小行星，而是在2025年通過人造航天器設備帶回小行星上的一些物質。非載人太陽能推進設備將用來捕獲戰(zhàn)利品，并將其帶回月球軌道，在那里宇航員可以對其進行研究。

任務這就完成了？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備都是當前研究中的“死胡同”，盡管如此，它們對長期載人太空旅行沒有任何價值。向月球空間中傳遞一定數(shù)量的小行星樣本是檢驗太陽能推進器能力的一種更加合理的方式，對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，需要腳踏實地地夯實航天能力，而不是一次性的昂貴伎倆。

探索門戶

科學家認為，NASA需要一個更加實用的計劃。登陸火星的長期目標很清楚，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，為何還要選擇進入太空捕獲小行星呢？

科學家有大量的小行星可供選擇。粗略估計，當前距離地球僅數(shù)倍于月地距離、直徑達到數(shù)十米或體積更大一些的已知小行星達到一千多個，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近千萬顆小行星等待著科學家去發(fā)現(xiàn)，其中每過一周就會有一顆或更多小行星飛入月球軌道。由于現(xiàn)有的行星觀測網(wǎng)絡覆蓋的范圍有限，到目前為止人類探索到的小行星僅有其中的0.1%。

那些在光學距離上可以觀測到的近地行星也是對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)十年來行星科學家經(jīng)常叨念的口頭禪。然而，美國國會和NASA均未就此資助大規(guī)模望遠鏡調(diào)查。NASA僅花了其財政預算的極小部分——每年2000萬美元，利用調(diào)整后的天文設施隨意進行了一些搜索。

當前的調(diào)查尚未達到美國相關法案的要求。美國國會于2005年底通過的《喬治·E·布朗近地天體監(jiān)測法案》要求NASA到2020年找出90%的直徑達到140米或更大的危險性近地行星，如果經(jīng)費投資較之當前沒有大幅增加，這一目標將會落空。這是一項巨大的挑戰(zhàn)，需要美國國家航天部門、總統(tǒng)以及國會的大力支持：將研究經(jīng)費增至每年2億美元。與NASA“新邊界”空間項目——向太陽系行星發(fā)射非載人航天探測器相比，這樣的預算額度才能夠讓這項研究在10年內(nèi)完成，而這些預算只是斥資數(shù)億美元的ARM項目的一小部分。

一旦人類可以抵達一顆小行星的天然軌道，通往數(shù)以千計乃至更多小行星的門戶將被打開，進一步使整個太空探索在本世紀20年代后期和30年代穩(wěn)步前進，并在本世紀中葉對拓展一些備選商業(yè)太空資源進行評估。

自動化操作航天器（ROVs）將成為小行星探索所必需的技術，比如在火星軌道或表面工作的宇航員都需要用自動化設備來工作。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。沒有理由指望會碰到一個運行速度緩慢、姿態(tài)穩(wěn)定以及有著安全、平整的表面，而且對航空設備十分熱情好客的小行星。

挑戰(zhàn)艱巨

過完今年最后兩個月，奧巴馬的2015年財政預算將會成形。NASA需要就優(yōu)先執(zhí)行的項目作出選擇，它應該放棄ARM任務概念，優(yōu)先進行行星觀測，給未來載人空間任務打好基礎。

NASA指揮部的人類探索、空間技術、科學以及其他項目必須集中各種資源解決它所說的巨大挑戰(zhàn)。美國國會和白宮應該為了全人類的利益，資助一系列擁護協(xié)同探索、科技研發(fā)以及科學研究的任務。

這樣的“巨大挑戰(zhàn)性任務”應該關乎人造航天設備以及人類的未來。它應該與“新邊界”項目的財政預算類似，該行星偵查項目通過競爭進行遴選，對每個項目的支持力度達到8億美元左右。而對小行星的深層次認識可以推動工業(yè)界和學術界朝著最好的方向努力，同時優(yōu)化長期布局，對所有參與申請課題進行競爭性遴選也可以確保納稅人的投資效益最大化。

《自然》指出，應重視探索3個與行星相關的領域：進行行星調(diào)查，找出人類通往目的地火星的一系列近地行星，同時完成2005年的調(diào)查任務；開展一場競爭，找出自動測量小行星偏離軌道的方法，未來某一天人類文明能否繼續(xù)存在或將依賴于此；找出從小行星獲取水或礦物等有價值資源的自動化方法，它或將在未來數(shù)十年有助于支撐人類到外太空旅行。

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